以太網(wǎng)供電應用中可用設備功率的估算

許多現(xiàn)有的以太網(wǎng)設備都從采用墻上適配器電源轉向采用新推出的 IEEE 802.3af 以太網(wǎng)供電 (PoE) 標準。過去采用墻上適配器時，電源系統(tǒng)效率不算是大問題，但采用 PoE 情況卻有所改變。功能電路開始從 10W 范圍汲取電能的應用需要嚴格控制用電。
　　一旦執(zhí)行 802.3af 標準要求的功能，首先，我們將確定可用的凈功率。其次，我們將介紹常見 DC/DC 轉換器的建模方法，計算出應用電路可用的功率，并將給出兩種拓撲范例進行比較。建模過程使設計人員能在設計最初的電路前明確拓撲方式與技術問題。
　　PoE 前端損耗
　　圖 1 給出了基本的結構圖，顯示了電源設備 (PSE) 通過DC/DC 轉換器與應用電路的互連。相關計算得出了表 1 所示的結果，計算中假定 PSE 輸出（最低 44V）通過 20Ω 線纜連接至 PD。PD 前端帶有變壓器（總共 1Ω，中心抽頭兩側各 0.5Ω）、全波網(wǎng)橋以及串連 1Ω 開關 (FET) 的熱插拔控制器（即 PD 控制器）。

表 1 PoE 配電與前端損耗分析

　　PD 功能電路最大可用功率為 12.16 W。802.3af 標準規(guī)定的線纜損耗在最糟糕情況下為 2.45 W，而輸入二極管橋路決定著前端額外損耗為 0.78 W。

圖 1，基本 PoE 結構圖

　　功率轉換級建模
　　簡單建模技術幫助設計人員在進行實際設計前了解不同拓撲與技術選擇的效果。簡單的效率假定可提供快速定性結果，可進行拓撲比較與優(yōu)化。最終結果可能與假定的相比沒有什么偏差，因此設計人員始終應規(guī)定可用功率低于上述結果，留有一些余量。
　　首先，我們不妨來看看一個單級轉換器至一個輸出電壓的基線。效率達 90% 的 3.3V 單輸出轉換器將產(chǎn)生 0.9×12.16 = 10.9W 的可用輸出功率。盡管 90% 的效率可能偏于樂觀，但它確實提供了一個與其它拓撲進行比較的基線。
　　其次，我們將估計更復雜電源提供的輸出功率。我們用簡單建模技術來研究每個穩(wěn)壓器的拓撲與技術如何影響輸出功率。我們假定電流為 0.2A、2A、0.25A、0.25A 時，輸出電壓分別為 +5V、3.3V 、2.5V、1.8V。這樣合計得到的合理功率為 9.6W。
　　圖 2 顯示了兩種可能的電源架構與技術選擇。拓撲 1 說明了現(xiàn)有設備設計的調(diào)整情況，其 12V 墻上適配器用 48V 至 12V 的前端替代。拓撲 2 試圖使可用功率最大化。

圖 2，兩種電源拓撲選擇方案