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研究生: 林振莆
Cheng-Pu Lin
論文名稱: 乙太網路供電系統之研製
Design and Implementation of a Power over Ethernet (PoE) System
指導教授: 羅有綱
Yu-Kang Lo
邱煌仁
Huang-Jen Chiu
口試委員: 楊宗銘
Chung-Ming Young
王建民
Jian-Min Wang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電子工程系
Department of Electronic and Computer Engineering
論文出版年: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 212
中文關鍵詞: 主動箝位返馳式轉換器主動式功率因數修正器零電壓切換乙太網路供電零電壓轉態降壓型轉換器
外文關鍵詞: Power over Ethernet, Zero-voltage Switching, Active Power Factor Corrector, Active-clamp Flyback Converter, Zero-voltage- transition Buck Converter
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在網路領域中,電能處理已經從原本只是擔負設備內部的電源供應角色,逐漸蛻變為也能參與網路長距離傳輸的一環。透過乙太網路供電技術的加持,在不須利用電源線的情況下,實現經由乙太網路來同時傳送數據資料與直流電力的理念。乙太網路供電系統並非單純的供電技術,它是一種整合性解決方案,需要由電源供電裝置和受電裝置這兩個重要元件來構成。本論文之研究內容為設計一套具有零電壓切換機制的雛型乙太網路供電系統,並實作一台電源供應裝置及一台受電裝置。其中電源供電裝置可提供150 W且具備四組輸出埠,前級部分採用操作於邊界導通模式之主動式功率因數修正器,用以改善輸入功率因數;而後級部分選用擁有柔切特徵之主動箝位返馳式轉換器,利用變壓器漏電感與功率開關之輸出電容達成零電壓切換,藉此提升轉換效率。此外,置於乙太網路纜線另一端的受電裝置,其電路架構則是採用零電壓轉態降壓型轉換器,輸出功率為32 W。論文中將針對上述轉換器的動作原理及各項技術做詳細分析與討論,並說明設計步驟與考量,最後以實驗結果驗證理論分析之正確性。


In networking area, the power supply has gradually become one part of long-distance transmission from local component. By power over ethernet (PoE) technology, data and DC power can be transferred via ethernet without the use of extra power cable. The POE system is not only a power supply technology, but also an integrated solution with two major components, power sourcing equipment (PSE) and powered device (PD). This thesis aims to study a prototype of PoE system with zero-voltage switching (ZVS) features. A 150W PSE unit with 4 output ports is designed and implemented. A transition mode (TM) active power factor corrector (APFC) is used as the pre-regulator to improve input power factor (PF). The post-stage circuit is an active-clamp flyback converter with soft-switching features. The transformer leakage inductance and the parasitic capacitance of the power MOSFET are used to realize the zero-voltage switching. Therefore, high conversion efficiency can be achieved. In addition, a 32W zero-voltage transition (ZVT) buck converter is also implemented as the PD unit. Experimental results for the laboratory prototype are tested and shown to verify the feasibility of the studied PoE system.

摘要 i Abstract ii 誌謝 iii 圖索引 viii 表索引 xiv 第一章 緒論 1 1.1 研究動機 1 1.2 研究內容 2 1.3 系統架構 4 1.4 章節介紹 8 第二章 乙太網路供電系統簡介 10 2.1 系統概述 10 2.2 乙太網路纜線之規範描述 12 2.2.1 雙絞線等級 13 2.2.2 連接器用途 14 2.3 乙太網路供電系統之802.3af標準描述 17 2.3.1 供電方式之連結架構 18 2.3.2 供電程序之工作原理 22 2.4 乙太網路供電系統之802.3at標準描述 28 2.4.1 供電方式之連結架構 31 2.4.2 供電程序之工作原理 33 2.5 乙太網路供電系統之優點 36 第三章 功率因數修正器之原理與架構 38 3.1 功率因數與總諧波失真之定義 38 3.2 功率因數修正器簡介 42 3.2.1 被動式功率因數修正器 42 3.2.2 主動式功率因數修正器 44 3.2.3 升壓型主動式功率因數修正器之電路架構 48 3.3 主動式功率因數修正器之操作模式 51 3.4 主動式功率因數修正器之控制模式 52 3.4.1 電壓隨耦控制法 52 3.4.2 乘法器控制法 53 第四章 主動箝位返馳式轉換器之原理與架構 58 4.1 柔性切換技術之分析 58 4.1.1 硬性切換之定義 58 4.1.2 柔性切換之定義 60 4.2 基本返馳式轉換器簡介 61 4.2.1 電路之工作原理與推導 61 4.2.2 基本返馳式轉換器之優缺點探討 66 4.3 主動箝位返馳式轉換器 67 4.3.1 主動箝位返馳式轉換器之電路架構 69 4.3.2 電路之工作原理與推導 70 4.3.3 主動箝位返馳式轉換器之優缺點探討 86 第五章 零電壓轉態降壓型轉換器之原理與架構 87 5.1 基本降壓型轉換器簡介 87 5.1.1 電路之工作原理與推導 88 5.1.2 基本降壓型轉換器之優缺點探討 93 5.2 零電壓轉態降壓型轉換器 93 5.2.1 零電壓轉態降壓型轉換器之電路架構 94 5.2.2 電路之工作原理與推導 96 5.2.3 零電壓轉態降壓型轉換器之優缺點探討 106 第六章 乙太網路供電系統設計與實作 108 6.1 主動式功率因數修正器之電路設計 108 6.1.1 電路規格 108 6.1.2 控制IC L6561 109 6.1.3 主要元件設計方式 111 6.2 主動箝位返馳式轉換器之電路設計 117 6.2.1 電路規格 119 6.2.2 控制IC TL494 120 6.2.3 自製輔助功率開關之驅動電路設計 122 6.2.4 主要元件設計方式 123 6.2.5 零電壓切換條件 132 6.3 零電壓轉態降壓型轉換器之電路設計 132 6.3.1 電路規格 133 6.3.2 自製輔助功率開關之驅動電路設計 134 6.3.3 主要元件設計方式 135 6.3.4 零電壓切換條件 139 第七章 電路實驗結果與討論 141 7.1 電源供電裝置之量測部分 141 7.1.1 全機電路規格 141 7.1.2 主動式功率因數修正器之實測波形 142 7.1.3 主動式功率因數修正器之效率量測 147 7.1.4 主動箝位返馳式轉換器之實測波形 150 7.1.5 主動箝位返馳式轉換器之效率量測 160 7.1.6 電源供電裝置之全機效率量測 162 7.2 受電裝置之量測部分 165 7.2.1 零電壓轉態降壓型轉換器之實測波形 165 7.2.2 零電壓轉態降壓型轉換器之效率量測 174 7.3 乙太網路纜線之線路阻抗與電壓降量測 177 7.3.1 線路阻抗量測 177 7.3.2 電壓降量測 179 7.4 乙太網路供電系統之整合功能測試 181 7.5 電路實作照片 184 第八章 結論與未來展望 186 8.1 結論 186 8.2 未來展望 187 參考文獻 189

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無法下載圖示 全文公開日期 2016/01/21 (校內網路)
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全文公開日期 本全文未授權公開 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
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