Determinar qué transformador PoE es mejor: Flyback o Forward?

May 25, 2023

El transformador es un equipo eléctrico que ha redefinido la electrónica de potencia, la energía de servicios públicos, 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: directo y de retorno.

PoE es un método bastante nuevo para proporcionar energía sin buscar un tomacorriente 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, hay una manera de proporcionar diseños de energía con hasta 100 W de PoE.

Hay mucho que considerar al diseñar equipos en salas de TI. Uno de los desafíos que enfrentan los ingenieros es de dónde obtener energía. Y, si solo se dispone de media tensión (por ejemplo, 480 V), ¿hay suficiente espacio para añadir un transformador reductor para obtener un suministro de baja tensión?

Combine estas preguntas con los códigos de seguridad eléctrica, los códigos de construcción y los costos de los equipos, y un diseñador puede enfrentar una serie de restricciones 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 alimentación de CC de bajo voltaje directamente al dispositivo y elimina la complejidad de localizar fuentes de alimentación de CA.

El método PoE suministra la energía necesaria para los diseños que tienen video teléfonos IP; puntos de acceso de LAN inalámbrica multicanal; y cámaras IP multidireccionales.

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

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

Una vez que el interruptor, el transistor bipolar o el MOSFET se abre y se cierra, la energía almacenada 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 flyback 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.

Tanto los transformadores flyback como forward están equipados para voltajes de múltiples salidas; sin embargo, hay mucho ruido no deseado en los transformadores flyback debido a las grandes ondas de corriente. Sería necesario agregar al diseño componentes discretos más grandes, como inductores y capacitores, para lograr la misma salida que un transformador directo.

Ninguno de los transformadores es inherentemente superior al otro. Al igual que con la mayoría de los principios de diseño, la elección de un ingeniero entre una topología flyback o forward dependerá en gran medida de la aplicación y el tamaño de la PCB.

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

El SPoE de Bel Fuse utiliza una metodología de retorno. La empresa 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.

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

Hoy en día, el 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 y continuar presentando nuevas soluciones de energía para dispositivos de red de bajo voltaje y alta potencia. Los transformadores PoE brindan a los ingenieros otra herramienta para engancharse a su cinturón de diseño.