Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2007 №11

Выпрямители для технологии PoE (Power over Ethernet)

Ван Лоо Джос


Технология Ethernet (протокол канального уровня и передающая среда ЛВС с шинной архитектурой, разработанная в исследовательском центре PARC корпорации Xerox) приобрела чрезвычайную популярность и стала промышленным стандартом. В настоящее время множество электронных устройств обмениваются информацией с помощью шины Ethernet/CAT 5.

Как правило, эти устройства могут питаться от сети, они также снабжаются маломощным сетевым адаптером или внешним импульсным источником питания. Некоторые из них имеют интегрированный источник питания. При этом устройство должно размещаться в непосредственной близости от настенной розетки, что в ряде случаев очень неудобно.

Использование нового стандарта питания по сети Ethernet (официальное название IEEE802.3af) позволяет отказаться от источника питания вообще. Стандартное напряжение 44–57 В может быть получено по разъему RJ-45. Так, например, устройство РоЕ (или PD-устройство) может отбирать часть тока от сетевого концентратора (хаба) PSE (Ethernet Power Sourcing Equipment). При этом, если потребляемая мощность не превышает 12–14 Вт, все питание может осуществляться через разъем RJ-45, и дополнительный источник питания не требуется вообще. Данная возможность намного повышает потребительские свойства аппаратуры данного класса, более того, уже принят новый стандарт, расширяющий допустимую мощность РоЕ-устройств до 26 Вт.

На рис. 1 показана типовая схема питания РоЕ (передача мощности осуществляется по 2 различным линиям). В данной схеме используется большое количество выпрямителей, их назначение будет описано далее. Прежде всего, для работы схемы необходимо 1 или 2 выпрямительных моста. Ток выпрямителей очень мал (менее 300 мА), напряжение питания также достаточно низкое. Как правило, в устройстве используется стандартный мост MS80 с шагом выводов 2,5 мм производства Diotec Semiconductor. Более совершенным выпрямителем, обеспечивающим необходимую мощность, является MYS80 от Diotec с шагом 1,27 мм. Поскольку к этим компонентам не предъявляется никаких специальных требований по длине пути тока утечки, их можно считать идеально подходящими для данного применения.

Функциональная схема питания по шине Ethernet
Рис. 1. Функциональная схема питания по шине Ethernet

При использовании в схеме двух выпрямительных мостов появляется проблема экономии места на печатной плате, что особенно актуально, например, для РоЕ веб-камер. Отсутствие существенных тепловых или электрических нагрузок делает выпрямитель типа MYS наиболее правильным выбором. Параметры выпрямительных мостов приведены в таблице 1.

Таблица 1. Выпрямительные мосты для поверхностного монтажа
Выпрямительные мосты для поверхностного монтажа

Во входных цепях для защиты от выбросов напряжения, как правило, используется супрессор (TVS — Transient Voltage Suppressor) с рабочим напряжением 58 В. Поскольку в описываемом устройстве постоянно происходит подключение или отключение кабеля, то целесообразно использовать TVS-выпрямитель, например P4SMAJ58, который рассчитан на пиковую импульсную мощность до 400 Вт.

Использование диодов-супрессоров, позволяющих подавлять переходные перенапряжения, является необходимым в тех случаях, когда требуется защита от электростатического разряда или ESD (стандарт IEC61000-4-2) и EFT (стандарт IEC61000-4-5).

Большинство РоЕ-устройств рассчитано на эксплуатацию в помещении и, как и в случае грозозащиты, они должны удовлетворять требованиям только 2 уровня безопасности по стандарту IEC61000-4-5. Супрессор P4SMAJ с пиковой мощностью 400 Вт с запасом обеспечивает необходимый уровень защиты, поскольку импульсы перенапряжения достаточно короткие (нормированные значения: 8/20–1,2/50). В экстремальных случаях при использовании длинных линий передачи могут быть применены более эффективные подавители переходных перенапряжений мощностью 600/1500 Вт.

Необходимо отметить, что реализация такой защиты в рассматриваемом случае является более сложной задачей из-за необходимости заземления, что может потребовать применения дополнительных выпрямителей. Типовая принципиальная схема устройства показана на рис. 2.

Электрическая схема питания по шине Ethernet
Рис. 2. Электрическая схема питания по шине Ethernet

Напряжение 48 В должно быть преобразовано в низковольтные сигналы, необходимые для питания мощных интегральных схем. Для решения этой задачи не существует универсального метода, однако, поскольку максимальная мощность таких устройств не превышает 12–14 Вт, наиболее рационально применять в качестве источника питания обратноходовой конвертор. В большинстве случаев РоЕ-устройства питаются от низких напряжений, поэтому в выпрямительных каскадах предпочтительнее всего использовать диоды Шоттки. Наиболее распространенными типами являются стандартные диоды SGL1-40, SK14, SK24 и SK34, пригодные, в зависимости от тока, для формирования напряжений 5 или 3,3 В.

Необходимо отметить, что мощность 12 Вт не является предельной для данного класса источников питания, эффективность работы которых во многом зависит от прямого падения напряжения Vf выпрямительных диодов. Diotec предлагает широкий выбор диодов Шоттки, таких как SMS240, SMS340, SK34SMA, SK54 и SK84. Они отличаются улучшенными характеристиками проводимости и меньшим размером корпуса. В ряде случаев для источников питания 5 и 3,3 В могут быть выбраны диоды различных типов, обеспечивающие максимальный КПД. Основные параметры диодов Шоттки приведены в таблице 2.

Таблица 2. Диоды Шоттки для поверхностного монтажа
Диоды Шоттки для поверхностного монтажа

Приведенные выше соображения относятся к схеме изолированного конвертора. При использовании неизолированного источника питания наиболее правильным выбором с точки зрения эффективности будет синхронный выпрямитель. В этом случае потери на выпрямительном каскаде оказываются еще ниже. Однако при преобразовании напряжения 48 В в 3,3 В с помощью синхронного выпрямления задача несколько осложняется из-за большой разницы коэффициентов заполнения FET-транзисторов верхнего и нижнего уровня. В этом случае разработка промежуточной шины РоЕ-устройства может представлять определенную сложность.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Сообщить об ошибке