TI提供省去外接電源的以太網(wǎng)路電源架構(gòu)Power over

本文以多種電源電路為例，說明如何由兩個或兩個以上的以太網(wǎng)路埠獲取功率，文中將概括說明每種電路，以及實際運作時面對的部份設(shè)計問題。

簡介

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(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)電話、保全監(jiān)控系統(tǒng)、收銀機等產(chǎn)品。PoE借由以太網(wǎng)路連線來傳輸電源。在 PoE 供電網(wǎng)絡(luò)中，由供電端設(shè)備 (power source equipment, PSE) 提供電源，在以太網(wǎng)路連線產(chǎn)生 44 - 57 V 的輸出電壓；在以太網(wǎng)路連線的另一端，受電端設(shè)備 (powered device, PD)會消耗這些功率。雖然目前正在定義較高功率的以太網(wǎng)路供電標(biāo)準(zhǔn)，不過現(xiàn)在受電端設(shè)備可用的功率，在單一以太網(wǎng)路連線的情況下限制在 13W 左右。遺憾的是，這樣的功率往往不足以支持復(fù)雜的應(yīng)用，因此某些高功率的受電端設(shè)備，需要將多個連接埠的功率轉(zhuǎn)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)，可由多重輸入來源提供隔離的功率轉(zhuǎn)換，簡介如下。

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)電源將會分享電流。這種方式不需要在電源之間通訊，也不會出現(xiàn)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。這個電路使用差動放大器 (U1B) 測量輸出電流，并將誤差注入補償放大器 (U1A) 的調(diào)節(jié)回路中，只需要加入幾個電阻以及一個放大器，就可以達到自動電流分享。

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程度，其中電阻公差為 1%，參照公差為 1.5%，總下降為 10%，此設(shè)計的額定設(shè)定值為 5V，變動程度為 ±5 % 的下降幅度。最小與最大曲線顯示在極限狀態(tài)下的元件公差。如果將這些電源以并聯(lián)方式連接，在沒有負載的情況下，一般會由輸出最高的電源調(diào)節(jié)輸出電壓。如果電源使用如圖 1 所示的二極管調(diào)節(jié)，最低輸出的電源將不會輸出任何電流。隨著負載電流增加，輸出電壓開始下降，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始提供電流。以上述假設(shè)的最差情況公差來看，在最低輸出電壓電源開始作用之前，第一個電源已提供 70 % 左右的輸出功率，這種現(xiàn)象并不理想，因為不夠可靠，不過在某些狀況下可能可以接受。隨著負載電流進一步增加，第一個電源可能到達極限，之后由剩余的兩個電源負責(zé)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(gòu)，可以讓電源供應(yīng)或吸入輸出電流，這對于此種控制方法會造成很大的問題。在極端的情況下，單一電源可能會試圖調(diào)節(jié)高電流端與低電流端。如果在沒有負載時發(fā)生這種情況，有些電源會供應(yīng)電流至輸出，同時有些電源則會由輸出端吸入電流，這樣會從某個電源獲得功率，再饋電至第二個電源，而不會將功率傳送至負載；因此建議在零安培時停用同步整流。

圖 2：下降法的最差電流分享相當(dāng)糟糕