PoE供电中的变压器设计如何去优化

Power over Ethernet—以太网供电技术，是指供电设备PSE（Power souring Equipment）通过网线向受电设备PD（Power Device）传输功率的一种方式。典型应用例如以PSE交换机作为核心，通过网线连接众多PD设备如Access Point、IP Phone和 IP Camera等，PSE完成对PD的信号及功率传输。

PoE供电具有如下优点：• 安装扩展便捷：网线传输信号和功率，PD设备周围无需配电源接口• 远程管理：一个PSE设备为多个PD设备提供电力，便于远程电源管理• 低成本：信号线和功率线合二为一，省去一根电源线，所以网线不仅是信号传输的载体，也承担的功率传输的作用，因此布线成本降低• 兼容性好：不受各国的电网标准的限制，统一的PoE协议保障PD设备可以在全球范围内与任一PSE相兼容

一、PoE供电说明

从电路架构看，左边的PSE将直流44-57V传输到PD，右边的PD搭配降压电路将电源转换为需要的电。PSE和PD之间通过RJ45接口和长达100m的双绞线进行连接。

电气电子工程协会根据不同的功率应用场景，发布了IEEE 802.3af、IEEE 802.3at和

IEEE802.3bt 3个以太网供电标准。特别是2019年IEEE 802.3bt标准发布，将PoE供电的功率大大提高，PSE提供90W的功率，经过100米网线后，PD的接收功率达到71W，该class 8功率等级主要应用在小基站供电系统中。并且，802.3bt标准向下兼容802.3af和802.3at标准；802.3bt的PD连接至低功率的802.3af和802.3at的PSE时，会工作在低功率状态，即“降级”。

在这一过程中，较低功率的PD连接至较高功率的PSE，设备没有发生损坏，主要是在PSE给PD供电经历如下握手过程：

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二、PoE供电应用架构

DC/DC有隔离式方案和非隔离式方案，下面针对隔离式POE供电有分为正激拓扑和反激拓扑，其中又分为PSR（原边反馈）和SSR（副边反馈），下面对各类拓扑结构进行分析：

图片来源于网络，图表来源于顺络内部

三、PoE供电功率变压器

在PD设备的电路架构中，主要关注3个参数：尺寸、效率以及EMC。那么PD设备的要求和变压器的设计要求如何连接起来。

//3.1 优化尺寸

• 设计要点1：变压器高频化减小尺寸在一个电路板子，可以看到体积做大的就是变压器，那么减小变压器尺寸就能节约板子大小。高频化能减小变压器尺寸，变压器功率传输，所以频率从200 KHZ -》300 KHZ -》500KHZ，能减小变压器体积。• 设计要点2：CCM工作模式减小器件尺寸• 设计要点3：原边反馈减小尺寸

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3.2提高效率

EMC衡量的是噪声源对敏感设备产生的干扰，包括传导和辐射组成，一方面要减小干扰源，另一方面就是要优化耦合路径。

为了减小EMI，首先要确认电路中的噪声来源，噪声源分为传导噪声源和辐射噪声源。传导噪声源一般是30MHZ以内的低频噪声，由电场的变化产生；传导噪声源主要是功率管的开关动作会导致MOS源级电压产生突变，会导致变压器将电压的突变传递到副边，提高MOS的驱动电阻能够降低开关速度，但是驱动损耗会上升；或者增加吸收电路，减小高频振荡。变压器的杂散参数对EMI影响较大，比如变压器Cp（原边绕组电场）就影响电压尖峰和电流纹波。

辐射噪声源则是30M以上的噪声，是空间磁场的干扰，由高频的电流环路组成，高频环路是指变压器原边环路和副边环路，PCB layout时候要减小环路路径，减小噪声，或者加并联小的电容。

3.3 顺络电子变压器

顺络电子拥有强大的变压器设计团队，在PoE供电的变压器设计中，从尺寸，效率以及EMC角度全面优化变压器的设计，满足客户的定制化需求。顺络电子拥有变压器全自动化产线，保证产品的可靠性和一致性，交货周期短，欢迎下单。

编辑：jq