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24 Elektronik 09 2021 Stromversorgung Leistungskategorien Typ 1 2 und 3 von 13 W 25 5 Wund 51 W In realen Implementierungen ist es ebenfalls wichtig etwaige Fehler einzukalkulieren und einen gewissen Spielraum zu lassen während gleichzeitig die Spezifikationen der Normen IEEE 802 3at oder 802 3bt eingehalten werden Für das Gesamtsystem besteht einer der Vorteile darin dass der Wirkungsgrad der einzelnen Stromversorgungen die Genauigkeit der Leistungsbegrenzung nicht beeinflussen wenn die Leistung am Eingang gemessen wird Außerdem ist kein zusätzlicher Strommesswiderstand Shunt nötig Da die Leistungsbegrenzung auf dem durchschnittlichen Strom und nicht auf dem Scheitelwert beruht ist ihre Genauigkeit unabhängig von Stromversorgungsparametern wie der Magnetisierungsund der Streuinduktivität sowie von Schwankungen der Schaltfrequenz Leistungsbegrenzung implementieren Umsetzen lässt sich die Leistungsbegrenzung am Eingang mit einer Kombination aus Operationsverstärkern und einer Referenz in drei Stufen Strommessung Feed-Forward-Addierer und Komparator-Pulldown-Schaltung Bild 7 Komparatorschaltung zur Leistungsbegrenzung Bild 5 zeigt einen nichtinvertierenden Verstärker der den Schaltstrom am Messwiderstand eines stromgeregelten Gleichspannungswandlers erfasst und dessen durchschnittlichen Primärstrom ausgibt Da dieser Strom geschaltet wird ist der Eingang des Stromverstärkers mit einem Tiefpassfilter versehen Durch den Einsatz zweier RC-Filter lässt sich in der ersten Stufe das hochfrequente Rauschen entfernen das sonst in die Mittelwertbildung der zweiten RC-Filterstufe eingehen würde Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers sollte abhängig von der erwarteten Spannung der Referenzschwelle und der hinzuaddierten Feed-ForwardSpannung variiert werden Die Norm IEEE 802 3bt erlaubt bis zu 100 m lange Cat5e-Kabel Category 5 Ethernet Dies bedeutet dass die Spannung an einem PoE-PD und dem Gleichspannungswandler abhängig vom Leistungsniveau in einem weiten Bereich schwanken kann Die FeedForward-Schaltung Störgrößenaufschaltung in Bild 6 minimiert den Einfluss der Eingangsspannung auf die Leistungsbegrenzung eines Gleichspannungswandlers Der in Bild 6 dargestellte Summierverstärker versieht den Eingang des Stromverstärkers mit einem Offset der proportional zur gepufferten Eingangsspannung ist Wenn beispielsweise die Eingangsspannung wegen eines kurzen Kabels höher ist kompensiert der Offset die Anhebung der Leistungsgrenze zu der es ohne die Störgrößenaufschaltung käme Die PulldownSchaltung des Komparators in Bild 7 nutzt ein Integrierglied um sein Ausgangssignal abzusenken wenn ihr Eingangssignal also das Ausgangssignal des Summierverstärkers den Grenzwert der Leistungsbegrenzung erreicht den die Referenzschaltung und ihr Widerstandsteiler vorgibt Wenn der Gleichspannungswandler bereits die Leistung begrenzt aber die Ausgangsleistung dennoch weiter ansteigt nimmt die PulldownWirkung der COMP-Schaltung weiter zu um die Ausgangsleistung wirksam zu begrenzen Überlegungen zum Design Da die Referenz die Schwelle der Leistungsbegrenzung definiert kommt eine hochpräzise Referenz zum Einsatz damit die Leistungsgrenze weitgehend unbeeinflusst von der Temperatur und der Eingangsspannung bleibt Außerdem wird die Referenzschwelle so gewählt dass sie deutlich größer als der von den Operationsverstärkern hinzugefügte Eingangs-Offset ist Um die Auswirkungen der Verstärkung des Eingangs-Offsets in jeder Verstärkerstufe zu minimieren ist die zusätzliche Verstärkung in jeder Stufe zu minimieren Diese Lösung fügt deshalb nur in der Stromverstärkerstufe einen Verstärkungsfaktor hinzu Mit zwei vereinfachten Gleichungen lässt sich die Verstärkung abschätzen Folgende Gleichung 1 drückt die Schwelle der Leistungsbegrenzung aus Das Ausgangssignal gibt die Eingangsleistung nur dann exakt wieder wenn sie sich Power_Limitth nähert Bild 5 Nichtinvertierender Strommessverstärker Bild 6 Summierverstärker mit Störgrößenaufschaltung zur Leistungsbegrenzung Bild Texas Instruments Bild Texas Instruments Bild Texas Instruments