從以太網(wǎng)供電中獲得更多的電力
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以太網(wǎng)供電(PoE)已經(jīng)成為一種流行的概念，而且正被應用于諸多產(chǎn)品中，例如，網(wǎng)絡(luò )電話(huà)、監控攝像頭以及銷(xiāo)售點(diǎn)終端。在一個(gè)提供以太網(wǎng)供電的網(wǎng)絡(luò )中，電力是由電源設備(PSE)提供的，這種設備通過(guò)以太網(wǎng)連接產(chǎn)生一個(gè)44～57V輸出。在以太網(wǎng)連接的另一端，電力被用電設備(PD)消耗掉。盡管目前正在對更高功率以太網(wǎng)供電標準進(jìn)行定義，但是在單個(gè)以太網(wǎng)連接上，用電設備的功率被限制在13W左右。而不幸的是，這一功率對于許多復雜的應用來(lái)說(shuō)往往是不夠的。因此，一些高功率用電設備的設計需要將多端口中的功率轉換為48V輸入隔離的可用電壓?，F有的幾種技術(shù)可以提供多輸入源隔離式功率轉換。
壓降
對于并聯(lián)DC/DC而言，一種常用的技術(shù)為壓降法。如果輸出電壓隨著(zhù)負載電流增加而下降，那么并聯(lián)電源將共享電流。這就要求在電源之間沒(méi)有通信，并且消除潛在的信號故障。實(shí)施該技術(shù)，需要最小化額外部件的數量。如果使用了電流模式控制，那么您可以簡(jiǎn)單地限制控制環(huán)路的DC增益來(lái)引入同負載電流成比例關(guān)系的輸出壓降。如果需要更高的精確度，那么可以如圖1中所示來(lái)實(shí)施該電路。該電路使用差動(dòng)放大器U1B來(lái)測量輸出電流，并且將一個(gè)誤差注入到補償放大器U1A的調節環(huán)路中。僅僅需要添加數個(gè)電阻器和一個(gè)單級放大器，便可實(shí)現自主電流共享。
圖1 壓降添加了極少的幾個(gè)組件
不幸的是，壓降共享并不是十分的精確。圖2顯示了1%電阻容差、1.5%參考容差和10%總壓降的最壞情況變化。該設計具有一個(gè)5V的額定設置值和一個(gè)%5的變量壓降。最小值曲線(xiàn)和最大值曲線(xiàn)表明了其極值情況下的組件容差。如果您將這三個(gè)電源并聯(lián)，且無(wú)負載情況，那么最高輸出電源往往會(huì )調節輸出電壓。
圖2 壓降法在最差情況實(shí)現電流共享的能力相對較差
如圖1所示，如果電源使用了二極管進(jìn)行調節，那么帶最低輸出電壓的電源將不會(huì )輸出任何電流。隨著(zhù)負載電流的增加，輸出電壓開(kāi)始下降。具有最高輸出電壓的電源將提供所有電流，直到其輸出電壓下降至5.25V。然后，第二高輸出電壓的電源開(kāi)始提供電流。運用該假定最壞情況容差的設置值，在最低輸出電壓的電源開(kāi)始發(fā)揮作用以前，第一個(gè)電源便提供了接近其輸出功率70%的功率。由于不穩定，因此設計并不十分理想；盡管如此，在一些情況下還是可以接受的。隨著(zhù)負載電流的進(jìn)一步增大，第一個(gè)電源可能會(huì )達到電流極限。電流進(jìn)一步增大的問(wèn)題由其余兩個(gè)電源來(lái)處理，從而實(shí)現額定功率運行。
同步整流電源拓撲結構允許電源提供或吸收輸出電流，對于此種控制方案來(lái)說(shuō)，這樣會(huì )產(chǎn)生極大的問(wèn)題。在極值情況下，一個(gè)電源可能會(huì )試圖調節到高端，而另一個(gè)電源則調節至低端。當這種情況發(fā)生在無(wú)負載條件下時(shí)，一些電源將提供電流至輸出端，而另一些電源則會(huì )將輸出端的電流吸收。這樣一來(lái)，就從一個(gè)電源中獲取電力，并且在沒(méi)有為負載提供電力的情況下將其返回至第二個(gè)電源。因此，建議在0A時(shí)關(guān)閉同步整流器。
交錯式反向轉換
許多PWM控制器是專(zhuān)門(mén)為交錯法而設計的。如果僅僅需要兩個(gè)相位，那么通過(guò)使用一個(gè)推挽式控制器來(lái)進(jìn)行交錯就可以極大地降低成本。圖3顯示了一個(gè)使用如UCC2808推挽式控制器的兩相交錯式反向電源的原理圖。該芯片將每一個(gè)相位的占空比限制在50%，并且對兩個(gè)功率級做180的異相切換。該推挽式控制器使用峰值電流模式控制，將兩個(gè)相位的峰值電流維持在接近的值。在一個(gè)不連續的反向電源中，輸出功率（每相）同峰值初始電流的平方成比例關(guān)系。因此，所獲得的功率自然地在兩個(gè)輸入端得到了平衡。這種技術(shù)使得從兩個(gè)輸入電源獲得不超過(guò)5%誤差的均衡電力。一次MOSFET上的開(kāi)關(guān)延遲是電力不均衡的主要原因，并且在兩個(gè)輸入電壓不相等的情況最為糟糕。由控制器提供的峰值電流極限限制了從每個(gè)輸入端獲得的最大電力，因此在欠壓和故障時(shí)，占空比鉗位又限制了輸入電流。
圖3 一個(gè)推挽式控制器驅動(dòng)一個(gè)交錯式反向電源
使用二次側負載共享控制器的電力共享
在多輸入端之間共享電力的第三種方法是使用一個(gè)二次側負載共享IC。使用此種方法，許多帶有遠程傳感功能的獨立電源就可以共享一個(gè)共有輸出。負載共享IC通常與電源模塊一同使用（見(jiàn)圖4）。一個(gè)分流電阻器被用于測量每個(gè)轉換器提供的電流。由于容差和寄生阻抗，其中的一個(gè)電源將提供比其他電源更多的電流，該電源將起到一個(gè)主電源的作用，并將設置負載共享(LS)總線(xiàn)上的電壓，將其作為一個(gè)參考輸入來(lái)控制輸出電流。通過(guò)在從轉換器的遠程傳感導線(xiàn)上注入一個(gè)電壓來(lái)調節從電源，就可以實(shí)現主電源對負載輸出電壓的控制，保證較好的負載調節。這種主/從方法能帶來(lái)非常高的電流共享精確度，在滿(mǎn)負載情況下，電流共享精確度通常會(huì )高于3%。
圖4 UCC39002負載共享控制器允許將多個(gè)獨立電源并聯(lián)
由于每一個(gè)并聯(lián)電源都要求有一個(gè)負載共享控制器和數個(gè)外部分立組件，相對于壓降或交錯法而言，這種方法的組件數量要稍微多一些，并且成本也要偏高。另外，由于在啟動(dòng)期間，添加或移除單個(gè)電源時(shí)會(huì )導致一些問(wèn)題，因此不建議將負載共享控制器與同步整流器一起使用。
主/從隔離式一次側電流共享
可用于將多個(gè)電源并聯(lián)的另一種技術(shù)是檢測一個(gè)（主）電源的一次電流并將其與另一個(gè)（從）電源相比較。使用光學(xué)耦合器或變流器可提供一種在各電源之間進(jìn)行電流信息通信的方法，同時(shí)保持隔離。由于能夠以最低的成本達到較高的性能，因此變流器是最佳的選擇。另外，與光學(xué)耦合器相比較，變流器具有較高的精確度。它們的精確度通常由匝比容差（其容差高于2%）和電阻容差（其容差通常為1%）來(lái)設置。光學(xué)耦合器的性能取決于其電流轉換比的容差，最好情況下為30%。
結語(yǔ)
表1說(shuō)明了四種負載共享方法的對比。壓降法是其中最簡(jiǎn)單的方法，也是成本最低的方法之一，但其性能最低。此外，它還容許單點(diǎn)故障的發(fā)生。通常，性能最高的技術(shù)，即負載共享控制器，也是最為昂貴的解決方案。而使用交錯式一次控制器或光學(xué)耦合器/變流器技術(shù)提供了一個(gè)成本和性能的折中方案。另外一些因素，如同步整流器的使用，以太網(wǎng)供電輸入端的數量以及以太網(wǎng)供電輸入端是否必須被相互隔離等，在選擇一種方法以前都需要考慮。在應用中使用合適的技術(shù)將會(huì )確保用戶(hù)可以從以太網(wǎng)供電中獲得最大的電力。
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