Bestimmen, welcher PoE-Transformator der beste ist: Flyback oder Forward?

Aug 24, 2023

Der Transformator ist ein elektrisches Gerät, das die Leistungselektronik, die Stromversorgung, das LED-Beleuchtungsdesign und jetzt auch den Wireless-LAN-Sektor, der als Power-over-Ethernet (PoE) bekannt ist, neu definiert hat. Es gibt zwei Arten von Transformatortopologien, die Sie für Ihr nächstes PoE-basiertes Design in Betracht ziehen sollten: Vorwärts- und Rücklauftransformator.

PoE ist eine relativ neue Methode zur Stromversorgung, ohne nach einer 120-V-Steckdose oder einem nahegelegenen Schutzschalter suchen zu müssen, um Niederspannungsgeräte mit Strom zu versorgen. Als diese Methode eingeführt wurde, konnten Entwickler über PoE nur weniger als 5 W Leistung erzeugen. Jetzt gibt es eine Möglichkeit, Stromversorgungsdesigns mit bis zu 100 W PoE bereitzustellen.

Bei der Gestaltung der Ausstattung von IT-Räumen gibt es viel zu beachten. Eine der Herausforderungen für Ingenieure besteht darin, woher sie die Energie beziehen sollen. Und wenn nur eine Mittelspannung (z. B. 480 V) zur Verfügung steht, gibt es dann genügend Platz, um einen Abwärtstransformator hinzuzufügen, um eine Niederspannungsversorgung zu erhalten?

Kombinieren Sie diese Fragen mit elektrischen Sicherheitsvorschriften, Bauvorschriften und Ausrüstungskosten, und ein Designer kann mit einer Reihe von Einschränkungen konfrontiert werden, um ein voll funktionsfähiges System in gemeinsamen Datenräumen zu erstellen.

Das macht PoE zu einer attraktiven Idee für solche Projekte. Es versorgt das Gerät direkt mit Niederspannungs-Gleichstrom und macht die Suche nach Wechselstromquellen überflüssig.

Die PoE-Methode liefert die nötige Energie für Designs, die über Video-IP-Telefone verfügen; Mehrkanal-WLAN-Zugangspunkte; und multidirektionale IP-Kameras.

Es gibt zwei Arten von PoE-Transformatoren, die beim Einsatz in DC-DC-Wandlern heftig diskutiert werden: Flyback- und Forward-Topologien. Vorwärts- und Rücklauftransformatoren können die Schnittstelle des mit Strom versorgten Geräts vom Rest seiner Schaltkreise isolieren und gleichzeitig die PoE-Eingangsspannung reduzieren, um die PD-Schaltkreise mit Strom zu versorgen.

Für Designs mit Ausgangsspannungen von mehr als 2,5 V kann ein Transformator auf Sperrwandlerbasis die nützlichste Option sein. Ein Sperrtransformator ist eine gekoppelte Induktivität mit einem Kern mit Lücke; das bedeutet, dass während jedes Arbeitszyklus die Eingangsspannung an der Primärwicklung anliegt.

Sobald der Schalter, Bipolartransistor oder MOSFET geöffnet und geschlossen wird, fließt die im Spalt des Kerns gespeicherte Energie zu den Sekundärwicklungen des Transformators und liefert so Strom an die Lastseite. Ein Nachteil von Flybacks ist die Verzerrung, die aufgrund höherer Ausgangsstromwelligkeiten auftritt. Ein erforderlicher Filter erhöht die Kosten des Designs.

Für Stromversorgungsdesigns, die typischerweise Ausgangsspannungen von weniger als 12 V erfordern, kann ein Vorwärts-PoE-Transformator eine produktive Wahl sein. Der Unterschied zwischen dem Sperrtransformator und dem Vorwärtstransformator sind die zusätzlichen diskreten Komponenten. Da der Rücklauftransformator Energie speichern kann, sind ein Ausgangsfilter, eine Energiespeicherinduktivität und ein zusätzliches Gleichrichtergerät (z. B. eine Diode) erforderlich, um die gleichen Ergebnisse zu erzielen.

Sowohl der Sperrtransformator als auch der Vorwärtstransformator sind für Spannungen mit mehreren Ausgängen ausgestattet; Allerdings kommt es aufgrund der großen Stromwelligkeit in den Flyback-Transformatoren zu vielen unerwünschten Geräuschen. Um die gleiche Leistung wie ein Vorwärtstransformator zu erzielen, müssten dem Design größere diskrete Komponenten wie Induktivitäten und Kondensatoren hinzugefügt werden.

Keiner der Transformatoren ist dem anderen grundsätzlich überlegen. Wie bei den meisten Designprinzipien hängt die Wahl eines Ingenieurs zwischen einer Flyback- oder Vorwärtstopologie weitgehend von der Anwendung und dem Footprint der Leiterplatte ab.

Als Beispiel für die aufstrebende Transformatorenindustrie kündigte Bel Fuse, ein führender Hersteller in den Bereichen Netzwerke, Telekommunikation und Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung, kürzlich eine neue Serie von oberflächenmontierten Transformatoren mit der Bezeichnung SPoE an.

SPoE von Bel Fuse nutzt eine Flyback-Methode. Das Unternehmen behauptet, dass dieses Gerät für Platinen mit hoher Dichte nützlich ist. Bei Leiterplatten mit hoher Dichte können Designer beide Seiten der Platine nutzen, wodurch zusätzliche Komponenten hinzugefügt werden können.

Dies ist von Vorteil, da komplexe Niederspannungsdesigns unerwünschte Verzerrungen erzeugen können und die Flyback-Topologie zusätzliche Komponenten erfordert. Insgesamt könnte SPoE ein Kandidat für Designs sein, die eine Eingangsspannung von 60 V haben.

Heutzutage vergrößert das Internet der Dinge (IoT) den Markt für Computergeräte, deren Betrieb mehr als 5 W erfordert. Entwickler müssen der Nachfrage immer einen Schritt voraus sein, indem sie weiterhin neue Stromversorgungslösungen für Niederspannungs-Netzwerkgeräte mit hoher Leistung präsentieren. PoE-Transformatoren bieten Ingenieuren ein weiteres Werkzeug, mit dem sie sich ihren Designgürtel anlegen können.