【经验】如何优化PoE供电中的变压器设计？

时间： 2021-08-17 来源：顺络

技术问答

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：

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：

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

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。

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叶子41535136 Lv4. 资深工程师 2022-02-28

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数据手册 - EATON BUSSMANN - January 2023 PDF 英文下载

Eaton Bussmann(伊顿巴斯曼) 磁性产品（电感器和变压器）选型指南

目录- Magnetics products overview Automotive solutions Computing (V-core, multi-phase, VRM, POL) solutions Commercial and industrial solutions Custom capabilities and electronic components

型号- HCV1707,WCLA2012V1,FPT1006,FP1109,SDCHA1V60,FP1108,WCLA1005V1,MPIA40-V2,FP0505R,UP2B,CTX-52M,WCLA1608V1,SD14,SD12,SD10,WCL2520,HCM1A0703,FP1105,SD18,SDQ,FP0805,TL1212V2,FP0807,UP1B,DR1050,TLP1013V1,HCM1A1104,CTX01-18738-R,HCM1305,HCM1307,POE13,CMS3,CMS2,DRAQ75,CMS1,RL,SDCHA,HCMA0703,FP1206,FP1208,DRQ74,HC2LP,UP4B,SDCH,ECMS1V0704,POE26,SD,HCM1A1305V2,MCLA2012V1,HCMA1707,MCL2012V2,ACE1V,MCL2012V1,SDCL,SG1,SG3,SG2,SG5,SG4,SDCHA1V50,SG7,SG6,TL1211V2,SG9,TL1211V1,SG8,MCLA1608V1,FP0906,CL,CTX01-18754-R,SD20,DRA73,UP3B,MCLA1608V2,SD25,HCM1A,DRA74,MPI40-V2,FP1008L,DRQ73,SDCX,CTX_1X,HCSA1V1008,MCLA3216V1,SD53,CL1108,CPL2,DR,CTX__-3,CTX__-2,EPM78,CTX__-4,SDCLA1V40,HCM0703,CTX__-1,HCF1007,HC1,HC3,SDCH1V50,EPM12V2,UP,EPM12V1,HC8,CTX17-18913-R,HC7,HCM1A4020V2,HC9,EXL1V0402,HCSA,FP3,FP2,FP4,CTX__-1P,HCM,MCL1608V1,FP0507V,MCL1608V2,ECMS1V1306,VP1,VP3,CPLE,SDCH1V60,VP2,VP5,VP4,CLA1108,HCM1103,HCM1A1307,CPLA,HCM1A1305,HCM1104,FP1107R,POE4,FP,HCV1206,DR1040,CTX__-2P,CTX-52LP,FP1108B,FP0910V,SDQ25,ECMS1V0905,HCMA1104,POE7,HCM1A0805,HCX,ECMS,ECMT,CTX__-3P,SDCXA,UP2.8B,MCLA1005V2,CL0608,FP1109B,DR1030,FPX,SDQ12,HC8LP,DRAQ127,CTX__-4A,UP5,HCM1A0703V2,SDCH1V80,MCL1005,WCL,TL1012V2,DR124,FP1505,DR125,EPM,ACE1V3225,SDCL1V25,MPI,CTX__-4P,ACE1V2012,CLB1108,VPH1,FP1012V,DR127,VPH2,VPH3,VPH4,VPH5,SD6030,TLVR,HCM0503,HCP0704,MFBA2V1005,MPIA25-V2,HCM1AV2,DRAP127,UP2UC,DRAP124,SDCL1V30,DRAP125,FP1308R,DRAP,DRAQ,CTX17-18765-R,FP0404,EXL1V0603,CMS,EXL1V0606,SD8328,EXL1V0605,CL0904,FP1309B,SD6020,FP1108L4,FP1108L3,MPIA20-V1,FP1108L2,HCM1707,MPI25-V2,WCL3225,FP1108L1,CTX-52,SDCL1V40,CMLA,CL1110-R,ACE1V4532,TL1011V2,DRA127,CL1208,DRA125,FP1010R,DRA124,FP1010V,HCMA1305,MPI20-V1,EPM12,HCP0605,DRQ127,DRQ125,EXL1V0503,WCLA,EXL1V0505,EPM78VX,RL1218,DRA,FPT705,HCM1A1105V2,MCL,LD,SDCL1V20,FPV1006,CPL,ECMT1V17,HCM1A1707V2,DRQ,ECMT1V24,ECMT1V20,HCM1A0805V2,FP1007R6,RL1011,FP1110V2,FP1110V1,LCPI,CTX01-19603-R,MFBA2V1608,HCM1A0503,UP0.4C,SD3114,MFBA2V2012,SD3118,MCLA,HCMA0503,SDCLA,HCM1A1104V2,CLH1110R1,HCM1A2213V2,LD1,HCM1A1707,LD2,MFBA,FPV1507,SD7030,FP1507R,SDCHA1V80,FP1007,FP1008R6,FP1008R5,DR73,FP1008R7,DR74,HCP0805,HCF1305,HCM1A1307V2,SD8350,HCM1A0503V2,FP1006,MPIA,FP1005,EXL1V1010,FP2207,FP0705,FP0708,EXL1V0705,FP0707,EXL1V0703,MFBX,HCMA,EXL1V0707,EXL

选型指南 - EATON BUSSMANN - February 2022 PDF 英文下载

铭普光磁（Mentech）贴片网络变压器选型指南

描述- Full Automation Production Line, Quality Stability, Short Delivery New Chip Lan transformer and Common Mode Choke instead of traditional Lan products can be soldered directly to PCB as same function. Mentech can available Capacitive and inductive scheme. Supports up to 90W POE applications.

型号- CM3216A-180,GA030G00,MA020G00,3225 SERIES,C SERIES,QF070G00,FA011G00,QC021G00,A SERIES,D SERIES,E SERIES,B SERIES,FA020G00,GF070G00,CC2012A-591,CM3216A-500,CM3216A-420,CM3225T-501,QA020G00,GA010G00,CC2012A-100,CC2012A-261,CC2012A-141,FA040G00,CC2012A-380,CC2012A-381,CC2012A-900,FB020G00,GA021G00,QA021G00,MA021G00,CC2012A-421,QE021G00,2012,MD061G00,FD061G00,2012 SERIES,GD061G00,5334 SERIES,QD061G00,5634 SERIES,CM3216A-600,3216,3225T,CM5634B-142,CM3216A-240,5634,CM3216A-360,3216 SERIES,CM3216A-280,GA050G00,3225T SERIES,5334,CC2012A-090,FA010G00,F SERIES,FA021G00,3225,CC2012A-801

选型指南 - 铭普光磁 - REVISER:A0 - 2022/8/25 PDF 英文下载

POEB3FW Power over ethernet (PoE)/PD forward transformer Technical Data

型号- POEB3FW,POEB3FWXVXWXXX,POEB3FW1V50W1X5

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Wire Wound Transformer–TWP/TWS Series, Operating Temp. : -40°C~+125°C

型号- TWPEP131313B304T,TWSEP131412A□□□P,TWPEP070609B301T,TWPEP131313B324T,TWPEP131517B400T,TWPEE162113A503P,TWPEP070609B□□□T,TWP SERIES,TWS SERIES,TWSEP090710B□□□T,TWSEP131312B□□□T,TWPEP090711B312T,TWPEP121110B□□□T,TWPEP090711B308T,TWPEP131313B305T,TWPEP131313B□□□T,TWPEP131313B204T,TWPEP131313B301T,TWPEP121112B303T,TWPEE212118A500P,TWP,TWPEP090711B□□□T,TWS,TWPEP121112B203T,TWPEP131313B306T,TWSEP070609B□□□T,TWPEP131412A□□□P,TWPEP131313B205T,TWPEP090710B□□□T,TWPEP121112B304T,TWPEP131313B411T,TWPEE080809C□□□P,TWPEP090711B310T,TWPEP121112B202T,TWPEP131313B408T,TWSEP121110B□□□T,TWPEP131313B307T,TWPEE131213C□□□P,TWSEP141514A□□□F,TWPEP131313B206T,TWPEP131313B303T,TWPEP121112B305T,TWPEP141514A□□□F,TWPEP121112B□□□T,TWPEE161813A□□□P,TWPEP121112B201T,TWPEP131312B□□□T,TWPEE203113B403T,TWPEP090711B309T,TWPEE101011C□□□P

数据手册 - 顺络 - 2021/05/15 PDF 英文下载