Déterminer quel transformateur PoE est le meilleur : Flyback ou Forward ?

Aug 24, 2023

Le transformateur est un équipement électrique qui a redéfini l'électronique de puissance, l'alimentation électrique, les conceptions d'éclairage LED et maintenant le secteur LAN sans fil connu sous le nom de Power-over-Ethernet (PoE). Il existe deux types de topologies de transformateurs à prendre en compte pour votre prochaine conception PoE : directe et indirecte.

PoE est une méthode assez nouvelle pour fournir de l'énergie sans chercher une prise 120 V ou un disjoncteur à proximité pour alimenter les appareils basse tension. Lorsque cette méthode a été introduite, les développeurs ne pouvaient générer que moins de 5 W de puissance via PoE. Désormais, il existe un moyen de fournir des conceptions d'alimentation avec jusqu'à 100 W de PoE.

Il y a beaucoup à considérer lors de la conception d'équipements dans des salles informatiques. L'un des défis auxquels les ingénieurs sont confrontés est de savoir où puiser l'énergie. Et, s'il n'y a qu'une moyenne tension (par exemple, 480 V) disponible, y a-t-il assez d'espace pour ajouter un transformateur abaisseur pour obtenir une alimentation basse tension ?

Associez ces questions aux codes de sécurité électrique, aux codes du bâtiment et aux coûts d'équipement, et un concepteur peut être confronté à un certain nombre de contraintes pour créer un système entièrement fonctionnel dans des salles de données communes.

C'est ce qui fait du PoE une idée attrayante pour de tels projets. Il fournit une alimentation CC basse tension directement à l'appareil et élimine la complexité de la localisation des sources d'alimentation CA.

La méthode PoE fournit l'alimentation nécessaire pour les conceptions dotées de téléphones IP vidéo ; points d'accès LAN sans fil multicanaux ; et des caméras IP multidirectionnelles.

Il existe deux types de transformateurs PoE qui font l'objet de nombreux débats lorsqu'ils sont utilisés dans des convertisseurs DC-DC : les topologies flyback et forward. Les transformateurs directs et indirects peuvent isoler l'interface de l'appareil alimenté du reste de ses circuits tout en réduisant la tension d'entrée PoE pour alimenter les circuits PD.

Pour les conceptions qui ont des tensions de sortie supérieures à 2,5 V, un transformateur basé sur un convertisseur flyback peut être l'option la plus utile. Un transformateur flyback est une inductance couplée avec un noyau espacé; cela signifie que pendant chaque cycle de service, la tension d'entrée est appliquée à l'enroulement primaire.

Une fois que l'interrupteur, le transistor bipolaire ou le MOSFET s'ouvre et se ferme, l'énergie stockée dans l'espace du noyau circule vers les enroulements secondaires du transformateur, fournissant de l'énergie au côté charge. Un inconvénient des retours indirects est la distorsion qui apparaîtra en raison des ondulations de courant de sortie plus élevées. Un filtre requis augmente le coût de la conception.

Pour les conceptions d'alimentation qui nécessitent généralement des tensions de sortie inférieures à 12 V, un transformateur PoE direct peut être un choix productif. La différence entre le flyback et le transformateur direct réside dans les composants discrets supplémentaires. Étant donné que le transformateur flyback peut stocker de l'énergie, un filtre de sortie, une inductance de stockage d'énergie et un dispositif de redressement supplémentaire (tel qu'une diode) sont nécessaires pour obtenir les mêmes résultats.

Les transformateurs flyback et direct sont équipés pour des tensions à sorties multiples ; cependant, il y a beaucoup de bruit indésirable dans les transformateurs flyback en raison des grandes ondulations de courant. Des composants discrets plus grands tels que des inductances et des condensateurs devraient être ajoutés à la conception pour obtenir la même sortie qu'un transformateur direct.

Aucun transformateur n'est intrinsèquement supérieur à l'autre. Comme pour la plupart des principes de conception, le choix d'un ingénieur entre une topologie flyback ou forward dépendra largement de l'application et de l'encombrement du PCB.

À titre d'exemple de l'industrie naissante des transformateurs, Bel Fuse, l'un des principaux fabricants de réseaux, de télécommunications et de transmission de données à haut débit, a récemment annoncé une nouvelle série de transformateurs montés en surface, baptisés SPoE.

Le SPoE de Bel Fuse utilise une méthodologie flyback. La société affirme que cet appareil est utile pour les cartes à haute densité. Avec les PCB haute densité, les concepteurs peuvent utiliser les deux côtés de la carte, ce qui permet d'ajouter des composants supplémentaires.

Ceci est avantageux car les conceptions complexes à basse tension peuvent générer une distorsion indésirable et la topologie flyback nécessite des composants supplémentaires. Dans l'ensemble, le SPoE peut être un candidat pour les conceptions qui ont une tension d'entrée de 60 V.

Aujourd'hui, l'Internet des objets (IoT) augmente le marché des appareils informatiques qui nécessitent plus de 5 W pour fonctionner. Les développeurs doivent garder une longueur d'avance sur la demande en continuant à présenter de nouvelles solutions d'alimentation pour les appareils réseau basse tension et haute puissance. Les transformateurs PoE fournissent aux ingénieurs un autre outil pour accrocher leur ceinture de conception.