以太網(wǎng)供電方案解決電源需求挑戰(zhàn)

隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，對(duì)電力的需求也大幅增加。以太網(wǎng)已經(jīng)是技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，新的以太網(wǎng)供電（PoE）通用標(biāo)準(zhǔn)（IEEE 802.bt）將通過(guò)提供高達(dá)90瓦（W）的功率，幫助實(shí)現(xiàn)一些新的應(yīng)用。安森美半導(dǎo)體的PoE受電設(shè)備（PD）方案不僅支持新標(biāo)準(zhǔn)的功率極限，而且進(jìn)一步擴(kuò)展至100 W，有助于應(yīng)對(duì)包括聯(lián)網(wǎng)照明和電信在內(nèi)的應(yīng)用的高功率需求挑戰(zhàn)，具有設(shè)計(jì)靈活性、成本效益和電源能效。

什么是PoE IEEE 802.3bt？

PoE是IEEE 802.3af和802.3at標(biāo)準(zhǔn)定義的一種網(wǎng)絡(luò)功能。PoE技術(shù)可以通過(guò)以太網(wǎng)電纜傳輸電力和數(shù)據(jù)。通過(guò)供電設(shè)備（PSE）和PD之間的連接來(lái)管理傳輸?shù)碾娏俊Ｔ诖诉^(guò)程中，PSE根據(jù)PoE標(biāo)準(zhǔn)識(shí)別PD設(shè)備的類(lèi)型和類(lèi)別，然后確保其獲得適當(dāng)和安全的電量。

新的通用PoE標(biāo)準(zhǔn)（IEEE 802.3bt），也稱(chēng)為 “PoE 2”，于2018年9月獲批。它與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)向后兼容，但在兩個(gè)關(guān)鍵方面有所不同：

1．通過(guò)使用PoE電纜中的所有四對(duì)布線，增加PSE可提供的輸出功率；

2. 通過(guò)識(shí)別兩個(gè)新的類(lèi)型（3和4）和四個(gè)新的類(lèi)別（5-8）的設(shè)備，提高能效。

標(biāo)準(zhǔn)功率 - PSE 輸出功率 - PD 輸入功率 – 可用于應(yīng)用

（85% 能效）

802.3af （PoE）15.4 W13 W11 W

802.3at （PoE+）30 W25.5 W21.6 W

802.3bt （PoE 2）90 W71.3 to 90 W21.6 W to 76.5 W

PoE-PD 方案

能源成本的上升、對(duì)更小方案的要求、符合多種標(biāo)準(zhǔn)的需要和有限的預(yù)算等等因素，給應(yīng)用設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了諸多挑戰(zhàn)。

安森美半導(dǎo)體采用獨(dú)特的高壓制造工藝，開(kāi)發(fā)出更先進(jìn)的電源轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體，能在緊湊的空間內(nèi)以高能效和低發(fā)熱工作。

在PoE方面，有許多誤解。了解與PoE相關(guān)的一些常見(jiàn)誤解，這些誤解可能會(huì)阻礙您在設(shè)計(jì)中使用PoE！

GreenBridge 2? Quad MOSFET

在PoE應(yīng)用中，當(dāng)向PD供電的PSE配備了不間斷電源（UPS）時(shí)，PD需要一個(gè)橋接電路來(lái)調(diào)節(jié)輸入電源的極性。簡(jiǎn)單的二極管橋接設(shè)計(jì)一直是最流行的方法，提供了一個(gè)可靠和低成本的方案。然而，隨著PD需要更多的功率，正向壓降引起的二極管橋的導(dǎo)電損耗成為需要有效解決的主要問(wèn)題之一。安森美半導(dǎo)體的GreenBridge方案就是為了解決這問(wèn)題而開(kāi)發(fā)的，它可以降低橋路的功率損耗。

完成基于FDMQ8203 GreenBridge方案的設(shè)計(jì)，僅需要增加外部電路來(lái)驅(qū)動(dòng)和保護(hù)MOSFET。經(jīng)過(guò)測(cè)試，GreenBridge方案降低了功率損耗，提高了能效，降低了工作溫度，且方案占用的PCB面積約為等效二極管橋的一半，如圖1所示。

圖1.GreenBridge? 1方案與傳統(tǒng)二極管橋方案的比較

符合IEEE 802.3bt標(biāo)準(zhǔn)的FDMQ8205包含兩個(gè)N溝道和兩個(gè)P溝道100 V級(jí)MOSFET，以及所有必要的門(mén)極驅(qū)動(dòng)器。該器件無(wú)需外部電路來(lái)驅(qū)動(dòng)或保護(hù)，同時(shí)提供最低的RDS（on）。與傳統(tǒng)的二極管橋方案相比，基于FDMQ8205的GreenBridge方案的功耗可好達(dá)10倍。整體系統(tǒng)尺寸不到傳統(tǒng)二極管橋方案的1/4。

圖2.GreenBridge? 2方案與二極管橋方案對(duì)比

1. 符合IEEE 802.3bt標(biāo)準(zhǔn)的PoE-PD接口控制器： NCP1095、NCP1096

NCP1095和NCP1096 PoE-PD接口控制器包含PoE系統(tǒng)所需的所有功能，包括檢測(cè)、分類(lèi)和電流照明。這些器件具有一個(gè)外部傳輸晶體管和Autoclass支持，可根據(jù)PD類(lèi)型和類(lèi)別優(yōu)化功率分配。NCP1096提供更高的集成度，它的內(nèi)部熱插拔FET晶體管具有3型或4型PoE控制器中最低的RDS（on）。NCP1095GEVB和NCP1096GEVB評(píng)估板使設(shè)計(jì)人員在實(shí)現(xiàn)物理設(shè)計(jì)之前快速評(píng)估這兩個(gè)控制器的工作。它們包括GreenBridge2有源橋、RJ45連接器和局域網(wǎng)（LAN）變壓器。

2. 100 V N-溝道 PowerTrench? MOSFET

FDMC8622 MOSFET采用先進(jìn)的Power Trench?工藝開(kāi)發(fā)，該工藝采用了屏蔽門(mén)極技術(shù)。該工藝已針對(duì)RDS（on）、開(kāi)關(guān)性能和堅(jiān)固性進(jìn)行了優(yōu)化。FDMC8622 支持高功率和電流處理能力，并采用廣泛使用的 100% UIL 測(cè)試表面貼裝封裝。

3. DC-DC 轉(zhuǎn)換器

NCP1566是一款高度集成的雙模有源鉗位PWM控制器，目標(biāo)是用于電信和數(shù)據(jù)通信行業(yè)的下一代高密度、高性能和中小功率級(jí)隔離式直流-直流（DC-DC）轉(zhuǎn)換器。它可以配置帶輸入電壓前饋的電壓模式控制或峰值電流模式控制。峰值電流模式控制也可以通過(guò)輸入電壓前饋來(lái)實(shí)現(xiàn)?？烧{(diào)節(jié)的自適應(yīng)重疊時(shí)間可根據(jù)輸入電壓和負(fù)載條件優(yōu)化系統(tǒng)能效。該控制器集成了所有必要的控制和保護(hù)功能，以實(shí)現(xiàn)隔離式有源鉗位正激或非對(duì)稱(chēng)半橋轉(zhuǎn)換器。

4. 靜電放電（ESD） 保護(hù)二極管

ESD8004設(shè)計(jì)用于保護(hù)高速數(shù)據(jù)線免受ESD影響。超低電容和低ESD鉗位電壓使該器件成為保護(hù)電壓敏感的高速數(shù)據(jù)線的理想方案。

為何要 PoE？

雖然無(wú)線連接提供了許多顯著的優(yōu)勢(shì)，但技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)中使用的所有設(shè)備的電源和數(shù)據(jù)要求差異很大。實(shí)施PoE特性和功能有多種好處，例如：

節(jié)省時(shí)間和成本 - 由于不需要電源線，成本和安裝時(shí)間都會(huì)減少。由于不適用市電布線規(guī)定，也不需要合格的電工，因此安裝也得到了簡(jiǎn)化。

靈活性 - 靠近電源不再是一個(gè)考慮因素。設(shè)備可以放置在任何可以運(yùn)行LAN電纜的地方。

可靠性 - 集中式電源取代了低成本的墻式適配器，允許使用單個(gè)不間斷電源來(lái)備份系統(tǒng)。

安全性 - 提供比無(wú)線更強(qiáng)大的安全和安全協(xié)議，加強(qiáng)了對(duì)黑客的保護(hù)。

輕松便捷 - PoE可同時(shí)傳輸電源和數(shù)據(jù)，減少線束，高效便捷。

扼要重述

新的PoE標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3bt支持設(shè)計(jì)人員提供功率高達(dá)90 W的PD，為更高功率的應(yīng)用打開(kāi)大門(mén)，包括聯(lián)網(wǎng)照明、安防攝像頭、數(shù)字標(biāo)牌、電信、銷(xiāo)售點(diǎn)（POS）終端和衛(wèi)星數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。安森美半導(dǎo)體提供全系列符合IEEE 802.3bt標(biāo)準(zhǔn)的PoE-PD方案，并通過(guò)大量參考設(shè)計(jì)和應(yīng)用注釋將功率擴(kuò)展至100 W，以解決能效、尺寸和熱性能等挑戰(zhàn)。讓所有開(kāi)發(fā)工程師都能更方便地使用這項(xiàng)技術(shù)，將有助于實(shí)現(xiàn)更多的互聯(lián)設(shè)備，并保證互操作性和更高的能效。

審核編輯：郭婷