以太網(wǎng)供電(PoE)方案應對高達100 W的電源需求挑戰(zhàn)
隨著網(wǎng)絡規(guī)模的擴大，對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)的關鍵部分，新的以太網(wǎng)供電(PoE)通用標準(IEEE 802.bt)將通過提供高達90瓦(W)的功率，幫助實現(xiàn)一些新的應用。安森美半導體的PoE受電設備(PD)方案不僅支持新標準的功率極限，而且進一步擴展至100 W，有助于應對包括聯(lián)網(wǎng)照明和電信在內(nèi)的應用的高功率需求挑戰(zhàn)，具有設計靈活性、成本效益和電源能效。
什么是PoE IEEE 802.3bt?
PoE是IEEE 802.3af和802.3at標準定義的一種網(wǎng)絡功能。PoE技術(shù)可以通過以太網(wǎng)電纜傳輸電力和數(shù)據(jù)。通過供電設備（PSE）和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設備的類型和類別，然后確保其獲得適當和安全的電量。
新的通用PoE標準（IEEE 802.3bt），也稱為 "PoE 2"，于2018年9月獲批。它與現(xiàn)有標準向后兼容，但在兩個關鍵方面有所不同：
1.通過使用PoE電纜中的所有四對布線，增加PSE可提供的輸出功率；
2.通過識別兩個新的類型（3和4）和四個新的類別（5-8）的設備，提高能效。
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標準
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功率 - PSE 輸出
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功率 - PD 輸入
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功率 – 可用于應用
(85% 能效)
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802.3af (PoE)
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15.4 W
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13 W
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11 W
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802.3at (PoE+)
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30 W
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25.5 W
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21.6 W
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802.3bt (PoE 2)
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90 W
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71.3 to 90 W
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21.6 W to 76.5 W
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PoE-PD 方案
能源成本的上升、對更小方案的要求、符合多種標準的需要和有限的預算等等因素，給應用設計人員帶來了諸多挑戰(zhàn)。
安森美半導體采用獨特的高壓制造工藝，開發(fā)出更先進的電源轉(zhuǎn)換半導體，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。請觀看以下的視頻，了解與PoE相關的一些常見誤解，這些誤解可能會阻礙您在設計中使用PoE！
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GreenBridge 2™ Quad MOSFET
在PoE應用中，當向PD供電的PSE配備了不間斷電源（UPS）時，PD需要一個橋接電路來調(diào)節(jié)輸入電源的極性。簡單的二極管橋接設計一直是最流行的方法，提供了一個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電損耗成為需要有效解決的主要問題之一。安森美半導體的GreenBridge方案就是為了解決這問題而開發(fā)的，它可以降低橋路的功率損耗。
完成基于FDMQ8203 GreenBridge方案的設計，僅需要增加外部電路來驅(qū)動和保護MOSFET。經(jīng)過測試，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標準的FDMQ8205包含兩個N溝道和兩個P溝道100 V級MOSFET，以及所有必要的門極驅(qū)動器。該器件無需外部電路來驅(qū)動或保護，同時提供最低的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比
了解更多關于Quad MOSFET方法如何實現(xiàn)更高能效的PoE方案請點擊這里。
1. 符合IEEE 802.3bt標準的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、分類和電流照明。這些器件具有一個外部傳輸晶體管和Autoclass支持，可根據(jù)PD類型和類別優(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評估板使設計人員在實現(xiàn)物理設計之前快速評估這兩個控制器的工作。它們包括GreenBridge2有源橋、RJ45連接器和局域網(wǎng)(LAN)變壓器。
圖 3. NCP1095/NCP1096 集成控制器
2. 100 V N-溝道 PowerTrench® MOSFET
FDMC8622 MOSFET采用先進的Power Trench®工藝開發(fā)，該工藝采用了屏蔽門極技術(shù)。該工藝已針對RDS(on)、開關性能和堅固性進行了優(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輸入電壓前饋來實現(xiàn)?？烧{(diào)節(jié)的自適應重疊時間可根據(jù)輸入電壓和負載條件優(yōu)化系統(tǒng)能效。該控制器集成了所有必要的控制和保護功能，以實現(xiàn)隔離式有源鉗位正激或非對稱半橋轉(zhuǎn)換器。
4. 靜電放電(ESD) 保護二極管
ESD8004設計用于保護高速數(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電壓敏感的高速數(shù)據(jù)線的理想方案。
為何要 PoE?
雖然無線連接提供了許多顯著的優(yōu)勢，但技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)中使用的所有設備的電源和數(shù)據(jù)要求差異很大。實施PoE特性和功能有多種好處，例如：
• 節(jié)省時間和成本 - 由于不需要電源線，成本和安裝時間都會減少。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化。
• 靈活性 - 靠近電源不再是一個考慮因素。設備可以放置在任何可以運行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，允許使用單個不間斷電源來備份系統(tǒng)。
• 安全性 - 提供比無線更強大的安全和安全協(xié)議，加強了對黑客的保護。
• 輕松便捷 - PoE可同時傳輸電源和數(shù)據(jù)，減少線束，高效便捷。
扼要重述
新的PoE標準IEEE 802.3bt支持設計人員提供功率高達90 W的PD，為更高功率的應用打開大門，包括聯(lián)網(wǎng)照明、安防攝像頭、數(shù)字標牌、電信、銷售點(POS)終端和衛(wèi)星數(shù)據(jù)網(wǎng)絡。安森美半導體提供全系列符合IEEE 802.3bt標準的PoE-PD方案，并通過大量參考設計和應用注釋將功率擴展至100 W，以解決能效、尺寸和熱性能等挑戰(zhàn)。讓所有開發(fā)工程師都能更方便地使用這項技術(shù)，將有助于實現(xiàn)更多的互聯(lián)設備，并保證互操作性和更高的能效。