Determinar qué transformador PoE es mejor: ¿retroceso o avance?

El transformador es un equipo eléctrico que ha redefinido la electrónica de potencia, la energía de la red pública, los diseños de iluminación LED y, ahora, el sector de LAN inalámbrica conocido como Power-over-Ethernet (PoE). Hay dos tipos de topologías de transformadores a considerar para su próximo diseño basado en PoE: avance y retroceso.

Los transformadores PoE proporcionan una solución rentable, pequeña y energéticamente eficiente para diseños de bajo voltaje. Imagen utilizada por cortesía de Eaton

PoE es un método bastante nuevo de proporcionar energía sin buscar una toma de corriente de 120 V o un disyuntor cercano para suministrar energía a dispositivos de bajo voltaje. Cuando se introdujo este método, los desarrolladores solo podían generar menos de 5 W de potencia a través de PoE. Ahora, existe una forma de proporcionar diseños de energía con hasta 100 W de PoE.

Las luchas del diseño de energía de bajo voltaje

Hay mucho que considerar al diseñar equipos en salas de TI. Uno de los desafíos que enfrentan los ingenieros es de dónde obtener la energía. Y, si solo hay un voltaje medio (por ejemplo, 480 V) disponible, ¿hay suficiente espacio para agregar un transformador reductor para obtener un suministro de bajo voltaje?

Si combina estas preguntas con los códigos de seguridad eléctrica, los códigos de construcción y los costos de los equipos, un diseñador puede enfrentarse a una serie de limitaciones para crear un sistema completamente funcional en salas de datos comunes.

Esto es lo que hace que PoE sea una idea atractiva para este tipo de proyectos. Suministra energía CC de bajo voltaje directamente al dispositivo y elimina la complejidad de ubicar fuentes de energía CA.

El método PoE proporciona la energía necesaria para diseños que tienen teléfonos IP con video; puntos de acceso LAN inalámbricos multicanal; y cámaras IP multidireccionales.

Elegir el transformador PoE adecuado

Hay dos tipos de transformadores PoE que son muy debatidos cuando se utilizan en convertidores CC-CC: topologías de retorno y avance. Los transformadores de avance y retroceso pueden aislar la interfaz del dispositivo alimentado del resto de sus circuitos mientras reducen el voltaje de entrada PoE para alimentar los circuitos de DP.

Para diseños que tienen voltajes de salida superiores a 2,5 V, un transformador basado en convertidor flyback puede ser la opción más útil. Un transformador de retorno es un inductor acoplado con un núcleo con huecos; esto significa que durante cada ciclo de trabajo, el voltaje de entrada se aplica al devanado primario.

 Los transformadores Flyback PoE de Eaton admiten un aislamiento de 1500 Vca en el convertidor de potencia con hasta 13 W de potencia

Los transformadores Flyback PoE de Eaton admiten un aislamiento de 1500 Vca en el convertidor de potencia con hasta 13 W de potencia. Imagen utilizada por cortesía de Eaton

Una vez que el interruptor, transistor bipolar o MOSFET se abre y cierra, la energía que se almacena en el espacio del núcleo fluye hacia los devanados secundarios del transformador, entregando energía al lado de la carga. Una desventaja de los flybacks es la distorsión que aparecerá debido a las ondas de corriente de salida más altas. Un filtro requerido aumenta el costo del diseño.

Para diseños de energía que normalmente requieren voltajes de salida inferiores a 12 V, un transformador PoE directo puede ser una opción productiva. La diferencia entre el flyback y el transformador directo son los componentes discretos adicionales. Dado que el transformador de retorno puede almacenar energía, se necesitan un filtro de salida, un inductor de almacenamiento de energía y un dispositivo rectificador adicional (como un diodo) para lograr los mismos resultados.

Los transformadores PoE de avance de Eaton pueden operar con un voltaje de entrada más alto que el flyback mientras entregan hasta 26 W de potencia

Los transformadores PoE de avance de Eaton pueden operar con un voltaje de entrada más alto que el flyback mientras entregan hasta 26 W de potencia. Imagen utilizada por cortesía de Eaton

Tanto los transformadores de retorno como los de avance están equipados para voltajes de salidas múltiples; sin embargo, hay mucho ruido no deseado en los transformadores de retorno debido a las grandes ondulaciones de la corriente. Los componentes discretos más grandes, como inductores y condensadores, deberían agregarse al diseño para lograr la misma salida que un transformador directo.

Ninguno de los transformadores es inherentemente superior al otro. Como ocurre con la mayoría de los principios de diseño, la elección de un ingeniero entre una topología de retorno o de avance dependerá en gran medida de la aplicación y la huella de la PCB.

Un ejemplo de transformador reciente: SPoE de Bel Fuse

Como ejemplo de la floreciente industria de los transformadores, recientemente Bel Fuse, un fabricante líder en redes, telecomunicaciones y transmisión de datos de alta velocidad, anunció una nueva serie de transformadores montados en superficie, denominados SPoE.

SPoE de Bel Fuse utiliza una metodología de retorno. La compañía afirma que este dispositivo es útil para tableros de alta densidad. Con PCB de alta densidad, los diseñadores pueden usar ambos lados de la placa, lo que permite agregar componentes adicionales.

Transformador SPoE PoE

Transformador SPoE PoE. Imagen utilizada por cortesía de Bel Fuse

Esto es beneficioso ya que los diseños complejos de bajo voltaje pueden generar una distorsión no deseada y la topología de retorno requiere componentes adicionales. En general, el SPoE puede ser un candidato para diseños que tienen un voltaje de entrada de 60 V.

Hoy en día, Internet de las cosas (IoT) está aumentando el mercado de dispositivos informáticos que requieren más de 5 W para funcionar. Los desarrolladores deben adelantarse a la demanda al continuar presentando nuevas soluciones de energía para dispositivos de red de alta potencia y bajo voltaje. Los transformadores PoE proporcionan a los ingenieros otra herramienta para enganchar su cinturón de diseño.

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