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从以太网供电中获得更多的电力

• 以太网供电(PoE)已经成为一种流行的概念，而且正被应用于诸多产品中，例如，网络电话、监控摄像头以及销售点终端。在一个提供以太网供电的网络中，电力是由电源设备(PSE)提供的，这种设备通过以太网连接产生一个44～57V输出。在以太网连接的另一端，电感器生产厂家电力被用电设备(PD)消耗掉。尽管目前正在对更高功率以太网供电标准进行定义，但是在单个以太网连接上，用电设备的功率被限制在13W左右。而不幸的是，这一功率对于许多复杂的应用来说往往是不够的。因电感生产此，一些高功率用电设备的设计需要将多端口中的功率转换为48V输入隔离的可用电压。现有的几种技术可以提供多输入源隔离式功率转换。

  压降

  
  对于并联DC/DC而言，一种常用的技术为压降法。如果输出电压随着负载电流增加而下降，那么并联电源将共享电流。这就要求在电源之间没有通信，并且消除潜在的信号故障。实施该技术，需要最小化额外部件的数量。如果使用了电流模式控制，那么您可以简单地限制控制环路的DC增益来引入同负载电流成比例关系的输出压降。如果需要更高的精确度，那么可以如图1中所示来实施该电路。该电路使用差动放大器U1B来测量输出电流，并且将一个误差注入到补偿放大器U1A的调节环路中。仅仅需要添加数个电阻器和一个单级放大器，便可实现自主电流共享。

  

  图1 压降添加了极少的几个组件

  
  不幸的是，压降共享并不是十分的精确。图2显示了1%电阻容差、1.5%参考容差和10%总压降的最坏情况变化。该设计具有一个5V的额定设置值和一个±%5的变量压降。最小值曲线和最大值曲线表明了其极值情况下的组件容差。如果您将这三个电源并联，且无负载情况，那么最高输出电源往往会调节输出电压。

  

  图2 压降法在最差情况实现电流共享的能力相对较差

  
  如图1所示，如果电源使用了二极管进行调节，那么带最低输出电压的电源将不会输出任何电流。随着负载电流的增加，输出电压开始下降。具有最高输出电压的电源将提供所有电流，直到其输出电压下降至5.25V。然后，第二高输出电压的电源开始提供电流。运用该假定最坏情况容差的设置值，在最低输出电压的电源开始发挥作用以前，第一个电源便提供了接近其输出功率70%的功率。由于不稳定，因此设计并不十分理想；尽管如此，在一些情况下还是可以接受的。随着负载电流的进一步增大，第一个电源可能会达到电流极限。电大电流电感流进一步增大的问题由其余两个电源来处理，从而实现额定功率运行。

  
  同步整流电源拓扑结构允许电源提供或吸收输出电流，对于此种控制方案来说，这样会产生极大的问题。在极值情况下，一个电源可能会试图调节到高端扁平型电感，而另一个电源则调节至低端。当这种情况发生在无负载条件下时，一些电源将提供电流至输出端，而另一些电源则会将输出端的电流吸收。这样一来，就从一个电源中获取电力，并且在没有为负载提供电力的情况下将其返回至第二个电源。因此，建议在0A时关闭同步整流器。

  交错式反向转换

  
  交错法提供了另一种从多输入端平衡获得电力的技术。正如压降法一样，交错法使用了一个单独的功率级，用于每一个输入端，并且为共有输出端提供电力。与压降法不同的是，交错式功率级（也称为相位）共享一个相同的一次侧控制器。这样可以降低成本，容许每一个功率级与异相同步。同步可降低输出电容器中的纹波电流，并且使输出滤波器的体积更小。交错法要求所有功率输入端共享同一个回路，这样就可以防止此种方法被用于某些应用中。

  
  许多PWM控制器是专门为交错法而设计的。如果仅仅需要两个相位，那么通过使用一个推挽式控制器来进行交错就可以极大地降低成本。图3显示了一个使用如UCC2808推挽式控制器的两相交错式反向电源的原理图。该芯片将每一个相位的占空比限制在50%，并且对两个功率级做180°的异相切换。该推挽式控制器使用峰值电流模式控制，将两个相位的峰值电流维持在接近的值。在一个不连续的反向电源中，输出功率（每相）同峰值初始电流的平方成比例关系。因此，所获得的功率自然地在两个输入端得到了平衡。这种技术使得从两个输入电源获得不超过5%误差的均衡电力。一次MOSFET上的开关延迟是电力不均衡的主要原因，并且在两个输入电压不相等的情况最为糟糕。由控制器提供的峰值电流极限限制了从每个输入端获得的最大电力，因此在欠压一体电感和故障时，占空比钳位又限制了输入电流。

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