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以太网供电(PoE)方案应对高达100 W的电源需求挑战
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随着网络规模的扩大,对电力的需求也大幅增加。以太网已经是技术生态系统的关键部分,新的以太网供电(PoE)通用标准(IEEE 802.bt)将通过提供高达90瓦(W)的功率,帮助实现一些新的应用。安森美半导体的PoE受电设备(PD)方案不仅支持新标准的功率极限,而且进一步扩展至100 W,有助于应对包括联网照明和电信在内的应用的高功率需求挑战,具有设计灵活性、成本效益和电源能效。

 

什么是PoE IEEE 802.3bt?

 

PoE是IEEE 802.3af和802.3at标准定义的一种网络功能。PoE技术可以通过以太网电缆传输电力和数据。通过供电设备(PSE)和PD之间的连接来管理传输的电量。在此过程中,PSE根据PoE标准识别PD设备的类型和类别,然后确保其获得适当和安全的电量。

 

新的通用PoE标准(IEEE 802.3bt),也称为 "PoE 2",于2018年9月获批。它与现有标准向后兼容,但在两个关键方面有所不同:

 

1.通过使用PoE电缆中的所有四对布线,增加PSE可提供的输出功率;

2.通过识别两个新的类型(3和4)和四个新的类别(5-8)的设备,提高能效。

 

标准

功率 - PSE 输出

功率 - PD 输入

功率 – 可用于应用

(85% 能效)

802.3af (PoE)

15.4 W

13 W

11 W

802.3at (PoE+)

30 W

25.5 W

21.6 W

802.3bt (PoE 2)

90 W

71.3 to 90 W

21.6 W to 76.5 W

 

PoE-PD 方案

能源成本的上升、对更小方案的要求、符合多种标准的需要和有限的预算等等因素,给应用设计人员带来了诸多挑战。

安森美半导体采用独特的高压制造工艺,开发出更先进的电源转换半导体,能在紧凑的空间内以高能效和低发热工作。

在PoE方面,有许多误解。请观看以下的视频,了解与PoE相关的一些常见误解,这些误解可能会阻碍您在设计中使用PoE!

 

 

 继续观看本系列,请点击这里查看第二部分!

 

GreenBridge 2™ Quad MOSFET

 

在PoE应用中,当向PD供电的PSE配备了不间断电源(UPS)时,PD需要一个桥接电路来调节输入电源的极性。简单的二极管桥接设计一直是最流行的方法,提供了一个可靠和低成本的方案。然而,随着PD需要更多的功率,正向压降引起的二极管桥的导电损耗成为需要有效解决的主要问题之一。安森美半导体的GreenBridge方案就是为了解决这问题而开发的,它可以降低桥路的功率损耗。

 

完成基于FDMQ8203 GreenBridge方案的设计,仅需要增加外部电路来驱动和保护MOSFET。经过测试,GreenBridge方案降低了功率损耗,提高了能效,降低了工作温度,且方案占用的PCB面积约为等效二极管桥的一半,如图1所示。

 

 

图1.GreenBridge™ 1方案与传统二极管桥方案的比较

 

符合IEEE 802.3bt标准的FDMQ8205包含两个N沟道和两个P沟道100 V级MOSFET,以及所有必要的门极驱动器。该器件无需外部电路来驱动或保护,同时提供最低的RDS(on)。与传统的二极管桥方案相比,基于FDMQ8205的GreenBridge方案的功耗可好达10倍。整体系统尺寸不到传统二极管桥方案的1/4。

 

 

图2.GreenBridge™ 2方案与二极管桥方案对比

 

了解更多关于Quad MOSFET方法如何实现更高能效的PoE方案请点击这里

 

1. 符合IEEE 802.3bt标准的PoE-PD接口控制器: NCP1095、NCP1096

 

NCP1095和NCP1096 PoE-PD接口控制器包含PoE系统所需的所有功能,包括检测、分类和电流照明。这些器件具有一个外部传输晶体管和Autoclass支持,可根据PD类型和类别优化功率分配。NCP1096提供更高的集成度,它的内部热插拔FET晶体管具有3型或4型PoE控制器中最低的RDS(on)。NCP1095GEVB和NCP1096GEVB评估板使设计人员在实现物理设计之前快速评估这两个控制器的工作。它们包括GreenBridge2有源桥、RJ45连接器和局域网(LAN)变压器。

 

 

图 3. NCP1095/NCP1096 集成控制器

 

2. 100 V N-沟道 PowerTrench® MOSFET

 

FDMC8622 MOSFET采用先进的Power Trench®工艺开发,该工艺采用了屏蔽门极技术。该工艺已针对RDS(on)、开关性能和坚固性进行了优化。FDMC8622 支持高功率和电流处理能力,并采用广泛使用的 100% UIL 测试表面贴装封装。

 

3. DC-DC 转换器

 

NCP1566是一款高度集成的双模有源钳位PWM控制器,目标是用于电信和数据通信行业的下一代高密度、高性能和中小功率级隔离式直流-直流(DC-DC)转换器。它可以配置带输入电压前馈的电压模式控制或峰值电流模式控制。峰值电流模式控制也可以通过输入电压前馈来实现。可调节的自适应重叠时间可根据输入电压和负载条件优化系统能效。该控制器集成了所有必要的控制和保护功能,以实现隔离式有源钳位正激或非对称半桥转换器。

 

4. 静电放电(ESD) 保护二极管

 

ESD8004设计用于保护高速数据线免受ESD影响。超低电容和低ESD钳位电压使该器件成为保护电压敏感的高速数据线的理想方案。

 

为何要 PoE?

 

虽然无线连接提供了许多显著的优势,但技术生态系统中使用的所有设备的电源和数据要求差异很大。实施PoE特性和功能有多种好处,例如:

 
•  节省时间和成本 - 由于不需要电源线,成本和安装时间都会减少。由于不适用市电布线规定,也不需要合格的电工,因此安装也得到了简化。
•  灵活性 - 靠近电源不再是一个考虑因素。设备可以放置在任何可以运行LAN电缆的地方。
•  可靠性 - 集中式电源取代了低成本的墙式适配器,允许使用单个不间断电源来备份系统。
•  安全性 - 提供比无线更强大的安全和安全协议,加强了对黑客的保护。
•  轻松便捷 - PoE可同时传输电源和数据,减少线束,高效便捷。
 

扼要重述

 

新的PoE标准IEEE 802.3bt支持设计人员提供功率高达90 W的PD,为更高功率的应用打开大门,包括联网照明、安防摄像头、数字标牌、电信、销售点(POS)终端和卫星数据网络。安森美半导体提供全系列符合IEEE 802.3bt标准的PoE-PD方案,并通过大量参考设计和应用注释将功率扩展至100 W,以解决能效、尺寸和热性能等挑战。让所有开发工程师都能更方便地使用这项技术,将有助于实现更多的互联设备,并保证互操作性和更高的能效。

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