Determinazione del trasformatore PoE migliore: flyback o forward?

un giorno fa p Antonio Anzaldua Jr. Il trasformatore è un'apparecchiatura elettrica che ha ridefinito l'elettronica di potenza, l'alimentazione di rete, i progetti di illuminazione a LED e ora il settore LAN wireless noto come Power-over-Ethernet (PoE). Esistono due tipi di topologie di trasformatore da considerare per la prossima progettazione basata su PoE: forward e flyback.
PoE è un metodo abbastanza nuovo per fornire alimentazione senza cercare una presa da 120 V o un interruttore automatico nelle vicinanze per fornire alimentazione ai dispositivi a bassa tensione. Quando è stato introdotto questo metodo, gli sviluppatori erano in grado di generare meno di 5 W di potenza tramite PoE. Ora esiste un modo per fornire progetti di alimentazione fino a 100 W di PoE.
C'è molto da considerare quando si progettano apparecchiature nelle sale IT. Una delle sfide che gli ingegneri devono affrontare è la fonte di alimentazione. E, se è disponibile solo una media tensione (ad esempio 480 V), c'è spazio sufficiente per aggiungere un trasformatore step-down per ottenere un'alimentazione a bassa tensione? Unisci queste domande ai codici di sicurezza elettrica, ai codici di costruzione e ai costi delle apparecchiature e un progettista potrebbe trovarsi di fronte a una serie di vincoli per creare un sistema completamente funzionale nelle sale dati comuni.
Questo è ciò che rende PoE un'idea interessante per tali progetti. Fornisce alimentazione CC a bassa tensione direttamente al dispositivo ed elimina la complessità di individuare le fonti di alimentazione CA. Il metodo PoE fornisce l'alimentazione necessaria per i progetti che dispongono di telefoni IP video; punti di accesso LAN wireless multicanale; e telecamere IP multidirezionali.
Esistono due tipi di trasformatori PoE che sono molto dibattuti quando vengono utilizzati nei convertitori CC-CC: topologie flyback e forward. I trasformatori forward e flyback possono isolare l'interfaccia del dispositivo alimentato dal resto dei suoi circuiti riducendo la tensione di ingresso PoE per alimentare i circuiti PD. Per i progetti con tensioni di uscita maggiori di 2, 5 V, un trasformatore basato su convertitore flyback può essere l'opzione più utile. Un trasformatore flyback è un induttore accoppiato con un nucleo con gap; questo significa che durante ogni duty cycle, la tensione di ingresso viene applicata all'avvolgimento primario. Una volta che l'interruttore, il transistor bipolare o il MOSFET si apre e si chiude, l'energia immagazzinata nello spazio del nucleo fluisce verso gli avvolgimenti secondari del trasformatore, fornendo potenza al lato di carico.
Uno svantaggio per i flyback è il distorsione che apparirà a causa di ondulazioni della corrente di uscita più elevate. Un filtro richiesto si aggiunge al costo del progetto. Per i progetti di alimentazione che in genere richiedono tensioni di uscita inferiori a 12 V, un trasformatore PoE diretto può essere una scelta produttiva.
La differenza tra il trasformatore flyback e il trasformatore diretto sono i componenti discreti aggiuntivi. Poiché il trasformatore flyback può immagazzinare energia, per ottenere gli stessi risultati sono necessari un filtro di uscita, un induttore di immagazzinamento dell'energia e un dispositivo di rettifica aggiuntivo (come un diodo). Entrambi i trasformatori flyback e forward sono equipaggiati per tensioni multiuscita; tuttavia, c'è molto rumore indesiderato nei trasformatori flyback a causa delle grandi ondulazioni di corrente.
Per ottenere la stessa uscita di un trasformatore diretto, è necessario aggiungere al progetto componenti discreti più grandi come induttori e condensatori. Nessuno dei due trasformatori è intrinsecamente superiore all'altro. Come con la maggior parte dei principi di progettazione, la scelta di un ingegnere tra una topologia flyback o forward dipenderà in gran parte dall'applicazione e dal footprint del PCB.
Come esempio del fiorente settore dei trasformatori, di recente Bel Fuse, produttore leader di reti, telecomunicazioni e trasmissione dati ad alta velocità, ha annunciato una nuova serie di trasformatori a montaggio superficiale, denominata SPoE. SPoE di Bel Fuse utilizza una metodologia flyback. L'azienda afferma che questo dispositivo è utile per schede ad alta densità.
Con PCB ad alta densità, i progettisti sono in grado di utilizzare entrambi i lati della scheda, il che consente l'aggiunta di componenti aggiuntivi. Ciò è vantaggioso poiché i progetti complessi a bassa tensione possono generare distorsioni indesiderate e la topologia flyback richiede componenti aggiuntivi. Nel complesso, l'SPoE può essere un candidato per progetti con una tensione di ingresso di 60 V.
Oggi l'Internet of Things (IoT) sta aumentando il mercato dei dispositivi informatici che richiedono più di 5 W per funzionare. Gli sviluppatori devono stare al passo con la domanda continuando a presentare nuove soluzioni di alimentazione per dispositivi di rete a bassa tensione e ad alta potenza. I trasformatori PoE forniscono agli ingegneri un altro strumento da agganciare alla cintura di progettazione.
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