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研究生:陳金龍
研究生(外文):Chin-Long Chen
論文名稱:非標準化乙太網路電源裝置設計
論文名稱(外文):Non Standard Power Design For Power Over Ethernet System
指導教授:李榮乾李榮乾引用關係
指導教授(外文):Jung-Chien Li
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣海洋大學
系所名稱:電機工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:80
中文關鍵詞:IEEE802.3af乙太網路供電電源供應設備用電裝置終端設備
外文關鍵詞:IEEE802.3afPoEPSEPDCPE
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自從IEEE 802.3af乙太網路供電(Power-over-Ethernet;PoE)標準在2003年六月通過後,包括網路電話和無線網路存取點等許多應用都開始採用此項新標準,PoE市場也出現多種可用於乙太網路纜線兩端的PoE電源控制器。符合IEEE 802.3af標準的乙太網路電源供應設備(Power Sourcing Equipment;PSE)控制器,而網路另一端的IEEE 802.3af用電裝置(Powered Device;PD)控制器。這些控制器讓PoE設計更簡單、可靠並符合標準。
隨著PoE廣獲採用,越來越多的終端設備開始從乙太網路纜線和RJ-45接頭汲取電力,而IEEE 802.3af標準卻限制供電設備最多只能供應15.4W電力,用電裝置最多也只能使用12.95W的電力。如果應用的電力需求超過IEEE 802.3af標準的允許範圍,設計人員即須自行發展非標準化解決方案。
本文將針對非標準化的電源裝置,針對現有12.95W的限制,在設計端所遇到的問題,已經有效提升到25W的功率。
Since IEEE 802.3af (Power-over-Ethernet, PoE) standard was released in June, 2003, many applications including network telephony and wireless network access points have started to adopt this new standard, and many kinds of PoE power source controller conforming to IEEE 802.3af standard and applicable to connect both ends of Ethernet cable, namely power source equipment (PSE) controller and the power-consuming equipment (i.e. Powered Device, PD) controller. These controllers allow making the design of PoE simpler and more reliable.
As PoE is increasingly embraced by the market, more and more Client Primitive Equipments (CPE) are capable of acquiring electric power directly from Ethernet cable and RJ-45 connector. However, current IEEE 802.3af standard sets limit of power supply to 15.4W only, and the CPE at most can use only 12.95W of that supply. If the power demand in some applications surpasses IEEE 802.3af standard, then the designers are forced to develop a non-standard solution. The highest design principle is to seek a solution that allows the power source equipment to generate sufficient electric power.
This thesis aims to develop a non-standard design method that can effectively increase electric power supply. Our result has shown that the proposed method is capable of increasing the power supply up to 25W.
第一章 緒論 ……………………………………………………1
1.1 背景說明 …………………………………………………1
1.2 研究動機與目的 …………………………………………3
1.3 論文架構 ………………………………………………4
第二章 乙太網路供電系統介紹…………………………………5
2.1 IEEE 802.3af 的優點…………………………………5
2.2 POE(受電端、供電端)備 ………………………………6
2.3 IEEE 802.3af簡介 ……………………………………7
2.3.1 主要宗旨與規格簡敘 ……………………………………7
2.3.2 PSE與PD端基本架構 ……………………………………7
2.4 POE的處理模式 …………………………………………10
2.5 偵測方法…………………………………………………11
2.5.1 802.3af方法……………………………………………12
2.5.2 電容式方法 ……………………………………………12
2.5.3 基本的作用 ……………………………………………14
2.5.4 過載保護 ………………………………………………15
2.5.5 斷開的操作 ……………………………………………16
2.5.6 AC斷開……………………………………………………17
第三章 標準化電源裝置設計原理 …………………………………19
3.1 符合 IEEE 標準的用電設備操作模式 …………………20
3.2 基本設計……………………………………………………22
3.3 電源轉換器的種類…………………………………………23
3.3.1 隔離返馳式轉換器(The isolated flyback converter) ……………………………………………………………………………23
3.3.2 返遲氏轉換器交換電晶體(The flyback converter switching transistor) …………………………………………25
3.3.3 返馳式轉換器變壓器—扼流圈(the flyback converter transformer-choke) ………………………………………………26
3.3.4 基本返馳式轉換器的變化形式(Variations of basic
flyback converter)…………………………………………………27
3.3.5 隔離順向式轉換器(The isolated forward converter)……………………………………………………………………………29
3.3.6 順向式轉換器交換電晶體(The forward converter switching transistor) ……………………………………………31
3.3.7 順向式轉換器變壓器(The forward converter transformer)……………………………………………………………………………32
3.3.8 基本順向式轉換器的變化型式(Variations of the basic forward converter) ………………………………………………33
3.3.9 輔助電源-降壓型 (Step-down)…………………………35
第四章 非標準化電源裝置電路設計…………………………………38
4.1 線路圖………………………………………………………38
4.2 電路元件……………………………………………………39
4.3 25W PD設計方案 …………………………………………40
4.4 LM5072 IC特性 ……………………………………………42
4.4.1 偵測方式 ……………………………………………………42
4.4.2 分類 …………………………………………………………43
4.4.3 UVLO (Under voltage lockout………………………44
4.4.4 限制Inrush current的方法 ……………………………46
4.4.5 DC current limit的編輯 ………………………………47
4.4.6 Power good and regulator startup ………………48
4.5 輔助電源………………………………………………………50
第五章 實驗結果………………………………………………………53
5.1 DC/DC電源轉換的效率,當負載2.1A的電流狀況下………53
5.2 整體系統的效率,當負載2.1A的電流狀況下………………54
5.3 DC/DC的效率對24V/2.1A的負載狀況下 …………………55
5.4 整體的效率對24V/2.1A的負載狀況下 ……………………56
5.5 DC/DC效率對負載在POE 48V………………………………57
5.6 整體的效率對輔助電源12V…………………………………58
5.2.7 DC/DC的效率對負載在24V…………………………………59
5.2.8 整體的效率對負載在24V……………………………………60
5.2.9 Line regulation…………………………………………61
5.2.10 Load regulation…………………………………………61
5.2.11 start up……………………………………………………62
5.2.12 12V DC input shutdown PWM …………………………63
5.2.13 Ripple & Noise……………………………………………63
5.2.14 Step load …………………………………………………64
第六章 結論與未來展望…………………………………………………65
參考文獻… ………………………………………………………………67
[1] S. Deuty,“Exploring the options for distributed and point of load power in telecomm and network applications”,26th Annual International Telecommunications Energy Conference, INTELEC 2004 , 19-23 Sept. 2004 , Page(s):223 – 229.
[2] IEEE Std 802.3af-2003 (Amendment to IEEE Std 802.3-2002, including IEEE Std 802.3ae-2002),2003 , Page(s):1 – 121.
[3] 王智弘 文,新電子 2007 年 4 月號 253 期 -受電裝置市場需求增溫,PoE晶片商強打高功率產品.
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[5] 梁適安 譯,高頻交換式電源供應設計與原理-美商麥格羅.希爾國際股份有限公司
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[8] 白中和 編譯,交換式電源供應器設計入門- 全華
[9] National Semiconductor LM5072 data sheet,2007.
[10] National Semiconductor LM5072 application note, AN1455, March 2006. 628–631.
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