Determinando qual transformador PoE é melhor: Flyback ou Forward?

Aug 24, 2023

O transformador é um equipamento elétrico que redefiniu a eletrônica de potência, a energia elétrica, os projetos de iluminação LED e, agora, o setor de LAN sem fio conhecido como Power-over-Ethernet (PoE). Existem dois tipos de topologias de transformadores a serem considerados para seu próximo projeto baseado em PoE: direto e flyback.

PoE é um método bastante novo de fornecer energia sem procurar uma tomada de 120 V ou um disjuntor próximo para fornecer energia a dispositivos de baixa tensão. Quando esse método foi introduzido, os desenvolvedores só conseguiam gerar menos de 5 W de energia via PoE. Agora, existe uma maneira de fornecer projetos de energia com até 100 W de PoE.

Há muito a considerar ao projetar equipamentos em salas de TI. Um dos desafios que os engenheiros enfrentam é de onde obter energia. E, se houver apenas uma tensão média (por exemplo, 480 V) disponível, há espaço suficiente para adicionar um transformador abaixador para obter uma alimentação de baixa tensão?

Junte essas questões com códigos de segurança elétrica, códigos de construção e custos de equipamentos, e um projetista pode se deparar com uma série de restrições para criar um sistema totalmente funcional em salas de dados comuns.

Isso é o que torna o PoE uma ideia atraente para esses projetos. Ele fornece energia DC de baixa voltagem diretamente ao dispositivo e elimina a complexidade de localizar fontes de energia AC.

O método PoE fornece a energia necessária para projetos que possuem telefones IP com vídeo; pontos de acesso LAN sem fio multicanal; e câmeras IP multidirecionais.

Existem dois tipos de transformadores PoE que são fortemente debatidos quando usados ​​em conversores DC-DC: topologias flyback e forward. Os transformadores de avanço e retorno podem isolar a interface do dispositivo alimentado do restante de seus circuitos enquanto diminuem a tensão de entrada PoE para alimentar os circuitos PD.

Para projetos com tensões de saída superiores a 2,5 V, um transformador baseado em conversor flyback pode ser a opção mais útil. Um transformador flyback é um indutor acoplado com um núcleo vazio; isso significa que durante cada ciclo de trabalho, a tensão de entrada é aplicada ao enrolamento primário.

Uma vez que o interruptor, o transistor bipolar ou o MOSFET abre e fecha, a energia armazenada na lacuna do núcleo flui para os enrolamentos secundários do transformador - fornecendo energia ao lado da carga. Uma desvantagem para flybacks é a distorção que aparecerá devido a ondulações de corrente de saída mais altas. Um filtro necessário aumenta o custo do projeto.

Para projetos de energia que normalmente requerem tensões de saída inferiores a 12 V, um transformador PoE direto pode ser uma escolha produtiva. A diferença entre o flyback e o transformador direto são os componentes discretos adicionais. Como o transformador flyback pode armazenar energia, um filtro de saída, um indutor de armazenamento de energia e um dispositivo de retificação adicional (como um diodo) são necessários para obter os mesmos resultados.

Os transformadores flyback e forward são equipados para tensões de múltiplas saídas; no entanto, há muito ruído indesejado nos transformadores flyback devido às grandes ondulações de corrente. Componentes discretos maiores, como indutores e capacitores, precisariam ser adicionados ao projeto para obter a mesma saída de um transformador direto.

Nenhum transformador é inerentemente superior ao outro. Tal como acontece com a maioria dos princípios de design, a escolha de um engenheiro entre uma topologia flyback ou direta dependerá em grande parte da aplicação e da pegada do PCB.

Como exemplo da crescente indústria de transformadores, recentemente, a Bel Fuse, fabricante líder em redes, telecomunicações e transmissão de dados em alta velocidade, anunciou uma nova série de transformadores montados em superfície, apelidados de SPoE.

O SPoE da Bel Fuse utiliza uma metodologia flyback. A empresa afirma que este dispositivo é útil para placas de alta densidade. Com PCBs de alta densidade, os projetistas podem usar os dois lados da placa, o que permite a adição de componentes adicionais.