有源橋優(yōu)化以太網(wǎng)供電設(shè)計

設(shè)備電源輸入端使用的橋式整流器電路使其不受設(shè)備電源極性的影響。設(shè)備本身可能對電源的極性敏感，但橋式整流器可以配置為在電源極性反轉(zhuǎn)時為設(shè)備提供正確的極性。某些系統(tǒng)，例如以太網(wǎng)供電 (PoE) 受電設(shè)備 (PD)，其規(guī)范要求它們在極性反轉(zhuǎn)的情況下正常運行。這種類型的橋式整流器電路旨在糾正極性不匹配，而不是對交流電源進(jìn)行整流。

可以使用標(biāo)準(zhǔn)二極管配置橋式整流器；但是，這些整流器電路具有相對較高的能量損失，因為：

二極管電橋的功率損耗 = 2 x V F x I IN

如圖 1所示，有源 MOSFET 電橋使用 MOSFET 實現(xiàn)電橋配置解決了這一缺陷 。

圖 1：二極管橋與有源 MOSFET 橋式整流器。

有源 MOSFET 橋的功率損耗計算為 I IN 2 x (P-ch_R DS(ON) + N-ch_R DS(ON) )。如果輸入電流為 1 A，則有源 MOSFET 電橋的功率損耗僅為 0.169 W，總導(dǎo)通電阻為 169-mΩ——P 溝道和 N 溝道 R DS(ON)之和。相比之下，假設(shè)二極管正向電壓為 0.7V，二極管電橋的損耗為 1.4W。差異很大。?

在實現(xiàn)有源 MOSFET 橋時，主要考慮的是柵極驅(qū)動電路根據(jù)電源的極性開啟對角 MOSFET，這可能相對昂貴并占用寶貴的 PCB 空間。在 PoE PD 應(yīng)用中使用有源 MOSFET 橋時，在大多數(shù)情況下必須考慮并遵守 IEEE 802.3at PoE 標(biāo)準(zhǔn)。

設(shè)計人員必須了解 802.3at PoE 標(biāo)準(zhǔn)定義的檢測和分類程序。其中包括要求電源設(shè)備 (PSE) 識別 PD 是否可用以及 PD 通過網(wǎng)絡(luò)電纜連接到 PSE 時消耗的功率。在電阻檢測期間，PSE 提供兩個連續(xù)的電壓——V1 = 2.7 V 和 V2 = 10.1 V——然后記錄測量的電流，PD 呈現(xiàn) 25 KΩ。如果計算出的 ΔV/ΔI 等于 25 KΩ，容差為 23.7 KΩ 至 26.3 KΩ，則 PSE 確保存在 PD。

然后 PSE 進(jìn)入功率分類模式以使用相同的方法識別 PD 功率等級。PSE 提供 14.5 V 至 20.5 V 范圍內(nèi)的單個電壓，然后測量電流以計算當(dāng)前電阻。PSE 使用計算出的電阻識別 PD 功率等級。在這兩個階段，有源 MOSFET 橋電路必須保持低電流消耗，并且不干擾 25-KΩ 電阻檢測和功率分類。這就是有源 MOSFET 橋需要優(yōu)化柵極驅(qū)動電路的原因之一。圖 2 顯示了簡化的 PoE 系統(tǒng)圖和兩個過程中從 PSE 到 PD 的電流路徑。

圖 2：PoE 系統(tǒng)圖。

有許多 IC 可用于控制 MOSFET 電橋。更好的選擇可能是完全集成的橋接解決方案，例如 Fairchild 的 GreenBridge FDMQ8205。該芯片的全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的 80-V MOSFET 在單個 4.5 x 5.0-mm MLP 封裝中使用獲得專利的柵極驅(qū)動電路。圖 3 顯示了具有雙 FDMQ8205 IC 的 PoE PD 應(yīng)用圖。

圖 3：PoE PD 應(yīng)用示意圖。

該 PoE 系統(tǒng)支持兩種類型的 PSE（電源設(shè)備）：端跨 PSE 和中跨 PSE。End-Span 版本使用網(wǎng)絡(luò)電纜中的 1、2、3 和 6 針一起提供數(shù)據(jù)和電源。另一方面，中跨 PSE 通過 4、5、7 和 8 引腳供電，并將 1、2、3 和 6 引腳用于數(shù)據(jù)。正因為如此，IEEE 802.3at PoE 標(biāo)準(zhǔn)要求在 PoE PD 應(yīng)用中使用兩個橋接器來覆蓋這兩種 PSE。

　　審核編輯：湯梓紅