許多現(xiàn)有的以太網(wǎng)設(shè)備都從采用墻上適配器電源轉(zhuǎn)向采用新推出的 IEEE 802.3af 以太網(wǎng)供電 (PoE) 標準。過去采用墻上適配器時，電源系統(tǒng)效率不算是大問題，但采用 PoE 情況卻有所改變。功能電路開始從 10W 范圍汲取電能的應(yīng)用需要嚴格控制用電。
　　一旦執(zhí)行 802.3af 標準要求的功能，首先，我們將確定可用的凈功率。其次，我們將介紹常見 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的建模方法，計算出應(yīng)用電路可用的功率，并將給出兩種拓撲范例進行比較。建模過程使設(shè)計人員能在設(shè)計最初的電路前明確拓撲方式與技術(shù)問題。
　　PoE 前端損耗
　　圖 1 給出了基本的結(jié)構(gòu)圖，顯示了電源設(shè)備 (PSE) 通過DC/DC 轉(zhuǎn)換器與應(yīng)用電路的互連。相關(guān)計算得出了表 1 所示的結(jié)果，計算中假定 PSE 輸出（最低 44V）通過 20Ω 線纜連接至 PD。PD 前端帶有變壓器（總共 1Ω，中心抽頭兩側(cè)各 0.5Ω）、全波網(wǎng)橋以及串連 1Ω 開關(guān) (FET) 的熱插拔控制器（即 PD 控制器）。

表 1 PoE 配電與前端損耗分析

　　PD 功能電路最大可用功率為 12.16 W。802.3af 標準規(guī)定的線纜損耗在最糟糕情況下為 2.45 W，而輸入二極管橋路決定著前端額外損耗為 0.78 W。

圖 1，基本 PoE 結(jié)構(gòu)圖 

　　功率轉(zhuǎn)換級建模
　　簡單建模技術(shù)幫助設(shè)計人員在進行實際設(shè)計前了解不同拓撲與技術(shù)選擇的效果。簡單的效率假定可提供快速定性結(jié)果，可進行拓撲比較與優(yōu)化。最終結(jié)果可能與假定的相比沒有什么偏差，因此設(shè)計人員始終應(yīng)規(guī)定可用功率低于上述結(jié)果，留有一些余量。
　　首先，我們不妨來看看一個單級轉(zhuǎn)換器至一個輸出電壓的基線。效率達 90% 的 3.3V 單輸出轉(zhuǎn)換器將產(chǎn)生 0.9×12.16 = 10.9W 的可用輸出功率。盡管 90% 的效率可能偏于樂觀，但它確實提供了一個與其它拓撲進行比較的基線。
　　其次，我們將估計更復雜電源提供的輸出功率。我們用簡單建模技術(shù)來研究每個穩(wěn)壓器的拓撲與技術(shù)如何影響輸出功率。我們假定電流為 0.2A、2A、0.25A、0.25A 時，輸出電壓分別為 +5V、3.3V 、2.5V、1.8V。這樣合計得到的合理功率為 9.6W。
　　圖 2 顯示了兩種可能的電源架構(gòu)與技術(shù)選擇。拓撲 1 說明了現(xiàn)有設(shè)備設(shè)計的調(diào)整情況，其 12V 墻上適配器用 48V 至 12V 的前端替代。拓撲 2 試圖使可用功率最大化。

圖 2，兩種電源拓撲選擇方案

　　為了評估該模型，我們從最右邊的穩(wěn)壓器開始，計算其損耗與總輸入功率，隨后使用上述結(jié)果評估其左邊的下一個穩(wěn)壓器。為了簡單起見，我們假定開關(guān)效率為 90%，且線性穩(wěn)壓器沒有偏置電流。以下總結(jié)了各穩(wěn)壓器類型的計算結(jié)果。
　　定義
　　I_OUT = 應(yīng)用負載電流
　　P_{IN_Next_Stage} = 下行轉(zhuǎn)換器或線性穩(wěn)壓器汲取的功率
　　線性穩(wěn)壓器級
　　P_OUT＝(V_OUT×I_OUT)＋P_{IN_Next_Stage}
　　P_IN＝V_IN× P_OUT/V_OUT
　　P_Loss＝P_IN－P_OUT
　　開關(guān)穩(wěn)壓器級
　　P_OUT＝(V_OUT×I_OUT)＋P_{IN_Next_Stage}
　　P_IN＝ P_OUT/Effiviency
　　P_Loss＝P_IN－P_OUT

表 2，拓撲 1 模型

　　用表 2 中的數(shù)據(jù)，我們對圖 2 所示的拓撲 1 模型進行計算。我們不妨來看看表 2 中鏈 1 下面部分的數(shù)據(jù)，從 1.8V 穩(wěn)壓器的輸入功率與損耗開始；我們注意到這里沒有下一級功率。2.5V 穩(wěn)壓器的計算與此類似，這里的輸出功率包括到負載的 0.25A 乘以 2.5V，加上之前計算得出的 1.8V 穩(wěn)壓器的輸入功率。3.3V 開關(guān)穩(wěn)壓器的輸入功率是總輸出功率除以該級的效率 (0.9%)。 3.3V 穩(wěn)壓器的功耗仍為輸入功率減去輸出功率。上部分的計算方式類似鏈 2 數(shù)據(jù)。48V 至 12V 穩(wěn)壓器的參數(shù)與 3.3V 穩(wěn)壓器的計算類似，這里的總輸出功率為上部與下部輸入功率之和。為了掌握該拓撲的性能，我們將各部分損耗加在一起，視在效率計算如下：
　　效率＝1－Total-Losses/Input-Power
　　表 2 中可用的輸出功率為輸入功率減去所有計算得出的各部分損耗。
　　拓撲 1 的輸入功率超出了可用量。為了給出更有趣的結(jié)果，我們對所示的 3.3V 負載進行調(diào)整，直到輸入功率為 12.16W 為止。表 2 中的黑體數(shù)值反映了 3.3V 電源負載從 2A 降至 1.83A 的情況。
　　拓撲 2 用表 3 中數(shù)據(jù)建模的方式與拓撲 1 類似，不過略有不同。一個虛擬的 3.3V 穩(wěn)壓器建模時效率為 1，以得出正確的功率與損耗的總數(shù)。

表 3，拓撲 2 模型

　　拓撲 2 中 48V 至 3.3V 轉(zhuǎn)換器所用的 90% 的效率就實際的同步輸出整流器電路而言是相當樂觀的數(shù) 值。
　　結(jié)論
　　考慮 802.3af 標準功能之后，12.16W 是其它電子設(shè)備可用的最大功率，包括穩(wěn)壓器損耗。
　　PoE 應(yīng)用的拓撲與技術(shù)選擇的影響相當驚人。拓撲 1僅向應(yīng)用電路提供 8.11W 的功率，而拓撲 2 可提供 10.43W 的功率，提高了 28%。如果基線單輸出轉(zhuǎn)換器為 10.9W，那么拓撲 2 中所有額外三個輸出處理只消耗 0.47W！3.3V 轉(zhuǎn)換器采用二極管輸出轉(zhuǎn)換器（85% 的效率）代替同步整流器，這使可用功率降低 0.61W。
　　該建模技術(shù)使得設(shè)計人員可根據(jù)拓撲與技術(shù)選擇迅速計算可用的輸出功率，并使用該信息在可用功率、復雜性與成本等各因素間進行綜合平衡。