TI提供省去外接電源的以太網(wǎng)路電源架構Power over

本文以多種電源電路為例，說(shuō)明如何由兩個(gè)或兩個(gè)以上的以太網(wǎng)路埠獲取功率，文中將概括說(shuō)明每種電路，以及實(shí)際運作時(shí)面對的部份設計問(wèn)題。

簡(jiǎn)介

以太網(wǎng)路供電 (Power over Ethernet, PoE) 已經(jīng)是一種普遍的概念，并被應用于網(wǎng)絡(luò )電話(huà)、保全監控系統、收銀機等產(chǎn)品。PoE借由以太網(wǎng)路連線(xiàn)來(lái)傳輸電源。在 PoE 供電網(wǎng)絡(luò )中，由供電端設備 (power source equipment, PSE) 提供電源，在以太網(wǎng)路連線(xiàn)產(chǎn)生 44 - 57 V 的輸出電壓；在以太網(wǎng)路連線(xiàn)的另一端，受電端設備 (powered device, PD)會(huì )消耗這些功率。雖然目前正在定義較高功率的以太網(wǎng)路供電標準，不過(guò)現在受電端設備可用的功率，在單一以太網(wǎng)路連線(xiàn)的情況下限制在 13W 左右。遺憾的是，這樣的功率往往不足以支持復雜的應用，因此某些高功率的受電端設備，需要將多個(gè)連接埠的功率轉換為可用電壓，并與 48V 輸入電壓的電流隔離。目前有多種技術(shù)，可由多重輸入來(lái)源提供隔離的功率轉換，簡(jiǎn)介如下。

下降法

DC/DC并聯(lián)電源普遍使用的一項技術(shù)，就是所謂的下降法。如果并聯(lián)電源的輸出電壓降低，負載電流升高，并聯(lián)電源將會(huì )分享電流。這種方式不需要在電源之間通訊，也不會(huì )出現單一錯誤失效的情形，而且需要的附加零件非常少。如果使用電流模式控制，只需要限制控制回路的直流電增益，就能產(chǎn)生與負載電流的增減成正比的輸出電壓下降。如果需要更高的精確度，可以使用如圖 1 的電路。這個(gè)電路使用差動(dòng)放大器 (U1B) 測量輸出電流，并將誤差注入補償放大器 (U1A) 的調節回路中，只需要加入幾個(gè)電阻以及一個(gè)放大器，就可以達到自動(dòng)電流分享。

圖 1：下降法需要增加的零件很少

遺憾的是，下降分享方式并非十分精確。圖 2 為最糟狀況下的變動(dòng)程度，其中電阻公差為 1%，參照公差為 1.5%，總下降為 10%，此設計的額定設定值為 5V，變動(dòng)程度為 ±5 % 的下降幅度。最小與最大曲線(xiàn)顯示在極限狀態(tài)下的元件公差。如果將這些電源以并聯(lián)方式連接，在沒(méi)有負載的情況下，一般會(huì )由輸出最高的電源調節輸出電壓。如果電源使用如圖 1 所示的二極管調節，最低輸出的電源將不會(huì )輸出任何電流。隨著(zhù)負載電流增加，輸出電壓開(kāi)始下降，由具有最高輸出電壓的電源提供所有電流，直到輸出值下降至 5.25V，之后輸出第二高的電源開(kāi)始提供電流。以上述假設的最差情況公差來(lái)看，在最低輸出電壓電源開(kāi)始作用之前，第一個(gè)電源已提供 70 % 左右的輸出功率，這種現象并不理想，因為不夠可靠，不過(guò)在某些狀況下可能可以接受。隨著(zhù)負載電流進(jìn)一步增加，第一個(gè)電源可能到達極限，之后由剩余的兩個(gè)電源負責增加電流，從而達到全功率操作。

具有同步整流功能的電源架構，可以讓電源供應或吸入輸出電流，這對于此種控制方法會(huì )造成很大的問(wèn)題。在極端的情況下，單一電源可能會(huì )試圖調節高電流端與低電流端。如果在沒(méi)有負載時(shí)發(fā)生這種情況，有些電源會(huì )供應電流至輸出，同時(shí)有些電源則會(huì )由輸出端吸入電流，這樣會(huì )從某個(gè)電源獲得功率，再饋電至第二個(gè)電源，而不會(huì )將功率傳送至負載；因此建議在零安培時(shí)停用同步整流。

圖 2：下降法的最差電流分享相當糟糕