Determinare quale trasformatore PoE è il migliore: flyback o forward?

Aug 24, 2023

Il trasformatore è un componente elettrico che ha ridefinito l'elettronica di potenza, l'alimentazione di rete, i progetti di illuminazione a LED e ora il settore delle LAN wireless noto come Power-over-Ethernet (PoE). Esistono due tipi di topologie di trasformatori da considerare per il tuo prossimo progetto basato su PoE: forward e flyback.

PoE è un metodo abbastanza nuovo per fornire alimentazione senza dover 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 solo meno di 5 W di potenza tramite PoE. Ora esiste un modo per fornire progetti di alimentazione con un massimo di 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 da dove procurarsi l’energia. E, se è disponibile solo la media tensione (ad esempio 480 V), c'è spazio sufficiente per aggiungere un trasformatore step-down per ottenere un'alimentazione a bassa tensione?

Se si uniscono queste domande ai codici di sicurezza elettrica, ai codici di costruzione e ai costi delle apparecchiature, 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'energia necessaria per i progetti dotati di telefoni IP video; punti di accesso LAN wireless multicanale; e telecamere IP multidirezionali.

Esistono due tipi di trasformatori PoE che sono fortemente dibattuti quando 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 al contempo la tensione di ingresso PoE per alimentare i circuiti PD.

Per i progetti che hanno tensioni di uscita superiori a 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 separato; ciò significa che durante ogni ciclo di lavoro la tensione di ingresso viene applicata all'avvolgimento primario.

Una volta che l'interruttore, il transistor bipolare o il MOSFET si aprono e si chiudono, l'energia immagazzinata nell'intercapedine del nucleo fluisce verso gli avvolgimenti secondari del trasformatore, fornendo energia al lato di carico. Uno svantaggio dei flyback è la distorsione che apparirà a causa delle maggiori ondulazioni della corrente di uscita. Un filtro richiesto aumenta il costo del progetto.

Per i progetti di alimentazione che in genere richiedono tensioni di uscita inferiori a 12 V, un trasformatore PoE diretto può rappresentare una scelta produttiva. La differenza tra il trasformatore flyback e il trasformatore forward sono i componenti discreti aggiuntivi. Poiché il trasformatore di riga può immagazzinare energia, per ottenere gli stessi risultati sono necessari un filtro di uscita, un induttore di accumulo dell'energia e un dispositivo di rettifica aggiuntivo (come un diodo).

Sia i trasformatori flyback che quelli forward sono predisposti per tensioni multi-uscita; tuttavia, nei trasformatori flyback è presente molto rumore indesiderato a causa delle grandi ondulazioni della corrente. Per ottenere la stessa uscita di un trasformatore diretto sarebbe necessario aggiungere al progetto componenti discreti più grandi, come induttori e condensatori.

Nessuno dei due trasformatori è intrinsecamente superiore all'altro. Come per 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 dall'ingombro del PCB.

Come esempio della fiorente industria dei trasformatori, recentemente Bel Fuse, produttore leader di reti, telecomunicazioni e trasmissione dati ad alta velocità, ha annunciato una nuova serie di trasformatori a montaggio superficiale, soprannominati SPoE.

SPoE di Bel Fuse utilizza una metodologia flyback. L'azienda afferma che questo dispositivo è utile per schede ad alta densità. Con i PCB ad alta densità, i progettisti possono utilizzare entrambi i lati della scheda, consentendo l'aggiunta di componenti aggiuntivi.