安森美半導體PoE-PD方案如何解決高功率需求挑戰(zhàn)？

網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的激增使得相應(yīng)設(shè)備對功率的需求顯著增長。以太網(wǎng)是這技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵一環(huán)。新的以太網(wǎng)供電(PoE)通用標準(IEEE802.bt)提供高達90瓦的功率，安森美半導體的PoE-PD方案不僅支持新標準的功率限制，還將功率擴展到100W，解決高功率需求挑戰(zhàn)，用于包括智聯(lián)照明、安防攝像、數(shù)字標牌、電信、銷售點(POS)終端、衛(wèi)星數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用，并具備靈活、高性價比和高能效等優(yōu)勢。

什么是PoE和IEEE802.3bt？

PoE是IEEE802.3af和802.3at標準定義的一種聯(lián)網(wǎng)功能。PoE技術(shù)可通過以太網(wǎng)電纜傳輸電力和數(shù)據(jù)。通過供電設(shè)備(PSE)和受電設(shè)備(PD)之間的連接來管理傳輸?shù)碾娏俊Ｔ诖诉^程中，PSE根據(jù)PoE標準識別PD設(shè)備的類型和類別，然后確保其接收適當且安全的電量。

IEEE802.3bt是新的PoE標準，也稱為“PoE++”，于2018年9月獲批，兼容IEEE802.3af等現(xiàn)有標準，與現(xiàn)有標準有兩個不同的關(guān)鍵點：

使用PoE電纜中的所有四對導線增加PSE可提供的輸出功率

通過識別兩種新的設(shè)備類型(3類和4類)和四個新的類別(5至8)來提高能效

安森美半導體最近推出的PoE-PD方案

不斷上升的能源成本、對更小方案的需求、需要符合多個標準及解決受限的預(yù)算等等給設(shè)計人員提出了一系列挑戰(zhàn)。安森美半導體采用其獨特的高壓制造工藝，開發(fā)出更先進的PoE-PD方案以解決挑戰(zhàn)，這些方案在緊湊的空間內(nèi)以高能效和低熱量運行。

1）GreenBridge?四通道MOSFET方案替代二極管橋方案顯著提高PoE能效

PoE應(yīng)用中的PD需要一個橋接電路來調(diào)節(jié)輸入電源的極性，而為PD供電的PSE配備了不間斷電源(UPS)。簡單的二極管橋設(shè)計雖然已成為解決此問題的最流行方法，并且提供了可靠、低成本的方案。但隨著PD需要更多的功率，由正向壓降引起的二極管橋的導通損耗成為有待解決的主要問題之一。安森美半導體針對此問題開發(fā)出GreenBridge方案FDMQ8203(Greenbridge?1)和FDMQ8205(Greenbridge?2)，可有效減少橋電路中的功率損耗。

FDMQ8203集成雙P溝道和雙N溝道MOSFET到一個緊湊、熱性能優(yōu)化的表面貼裝封裝中，采用FDMQ8203設(shè)計僅需添加外部驅(qū)動和保護電路以驅(qū)動和保護MOSFET。經(jīng)測試，基于FDMQ8203的GreenBridge方案比等效的二極管橋提供更低功率損耗、更高能效、更低工作溫度，PCB面積減半，如圖1所示。

圖1：GreenBridge?1方案對比二極管橋方案的功率損耗和能效

FDMQ8205符合IEEE802.3at標準，集成雙N溝道和雙P溝道100VMOSFET及所需的門極驅(qū)動器，無需外部驅(qū)動或保護電路，具有市場最低的導通電阻?；贔DMQ8205的GreenBridge方案比傳統(tǒng)二極管橋方案的功率損耗改善10倍，尺寸不到傳統(tǒng)二極管橋方案的1/4，且實現(xiàn)比FDMQ8203更好的熱性能，有助于提高設(shè)計的功率密度。

圖2：GreenBridge?2方案對比二極管橋方案的功率損耗和能效

2）符合IEEE802.3bt的PoE-PD接口控制器：NCP1095和NCP1096

NCP1095和NCP1096符合IEEE802.3bt標準，提供達100瓦功率，具有實施PoE接口所需的所有特性，包括檢測、自動分類和限流。NCP1095具有外部導通晶體管，支持自動分類以根據(jù)PD類型和分類來優(yōu)化功率分配。NCP1096提供更高的集成度，內(nèi)置熱插拔FET晶體管，具有Type3或Type4PoE控制器可提供的最低導通電阻(RDS-on)。安森美半導體提供NCP1095GEVB和NCP1096GEVB評估板，使設(shè)計工程師可以快速評估兩個控制器的運行，然后實施有助于設(shè)計流程的物理設(shè)計。它們包括GreenBridge2有源橋、RJ45連接器和局域網(wǎng)(LAN)變壓器。

圖3：NCP1095/NCP1096及其評估板

3）100VN溝道屏蔽門極PowerTrench?MOSFET：FDMC8622

FDMC8622采用先進的PowerTrench?工藝，結(jié)合屏蔽門極技術(shù)，可實現(xiàn)極低的導通電阻、高功率和高電流處理能力，且采用廣泛使用的表面貼裝封裝，100%經(jīng)過UIL測試。

4）DC-DC控制器：NCP1566

NCP1566是高度集成的雙模式有源鉗位PWM控制器，用于電信和數(shù)據(jù)通信應(yīng)用的下一代高密度、高性能和中小功率級隔離DC-DC轉(zhuǎn)換器。它可以配置為帶輸入電壓前饋的電壓模式控制，也可配置為峰值電流模式控制。峰值電流模式控制也可實施輸入電壓前饋?？烧{(diào)節(jié)自適應(yīng)重疊時間基于輸入電壓和負載條件優(yōu)化系統(tǒng)能效。此控制器集成了實施隔離有源鉗位正向和不對稱半橋轉(zhuǎn)換器所需的所有必要控制和保護功能。

5）高壓瞬態(tài)抑制、ESD保護：ESD8004

ESD8004用于為高速數(shù)據(jù)線提供針對ESD的保護，具有超低電容和低ESD鉗位電壓，是保護對電壓敏感的高速數(shù)據(jù)電路的理想方案。

為何采用PoE？

雖然無線聯(lián)接提供許多顯著優(yōu)勢，但技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)中使用的所有設(shè)備所需電源和數(shù)據(jù)要求千差萬別，可能某些設(shè)備具有很好的無線聯(lián)接能力，但還有一些會得益于PoE的特性和能力，而且PoE提供許多優(yōu)勢，如：

節(jié)省時間和成本：由于不需要電源線，因此節(jié)省了安裝時間，減少了成本，且無需合資質(zhì)的電工。

靈活性：無需靠近電源。設(shè)備可放置在可以運行局域網(wǎng)(LAN)電纜的任何地方。

可靠性：集中式電源取代了低成本的壁式適配器，支持系統(tǒng)由單個不間斷電源供電。

安全性：比無線更難被黑客入侵或攔截PoE能夠同時傳輸電力和數(shù)據(jù)，減少了線束，高效便利

總結(jié)

新的PoE標準IEEE802.3bt支持設(shè)計人員向PD提供達90W的功率，開啟更高功率應(yīng)用的大門，包括智聯(lián)照明、安防攝像、數(shù)字標牌、電信、銷售點(POS)終端、衛(wèi)星數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用。安森美半導體提供全系列符合IEEE802.3bt的PoE-PD方案，還將功率擴展到100W，并提供大量參考設(shè)計和應(yīng)用注釋，解決能效、尺寸和熱性能等挑戰(zhàn)，使這項技術(shù)更容易廣及所有開發(fā)工程師，有助于使更多聯(lián)接的設(shè)備具有保證的互操作性和更高能效。
編輯：hfy