網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的激增使得相應(yīng)設(shè)備對(duì)功率的需求顯著增長(zhǎng)。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(biāo)準(zhǔn) (IEEE 802.bt) 提供高達(dá) 90 瓦的功率，安森美半導(dǎo)體的 PoE-PD 方案不僅支持新標(biāo)準(zhǔn)的功率限制，還將功率擴(kuò)展到 100 W，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(biāo)牌、電信、銷售點(diǎn)(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(jià)比和高能效等優(yōu)勢(shì)。

　　什么是 PoE 和 IEEE 802.3bt？

　　PoE 是 IEEE 802.3af 和 802.3at 標(biāo)準(zhǔn)定義的一種聯(lián)網(wǎng)功能。PoE 技術(shù)可通過(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)和受電設(shè)備(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)備的類型和類別，然后確保其接收適當(dāng)且安全的電量。

　　IEEE 802.3bt 是新的 PoE 標(biāo)準(zhǔn)，也稱為“PoE++”，于 2018 年 9 月獲批，兼容 IEEE 802.3af 等現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè)不同的關(guān)鍵點(diǎn)：

　　1. 使用 PoE 電纜中的所有四對(duì)導(dǎo)線增加 PSE 可提供的輸出功率

　　2. 通過(guò)識(shí)別兩種新的設(shè)備類型(3 類和 4 類)和四個(gè)新的類別(5 至 8) 來(lái)提高能效

　　安森美半導(dǎo)體最近推出的 PoE-PD 方案

　　不斷上升的能源成本、對(duì)更小方案的需求、需要符合多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)及解決受限的預(yù)算等等給設(shè)計(jì)人員提出了一系列挑戰(zhàn)。安森美半導(dǎo)體采用其獨(dú)特的高壓制造工藝，開發(fā)出更先進(jìn)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(yùn)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(gè)橋接電路來(lái)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(jiǎn)單的二極管橋設(shè)計(jì)雖然已成為解決此問(wèn)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(dǎo)通損耗成為有待解決的主要問(wèn)題之一。 安森美半導(dǎo)體針對(duì)此問(wèn)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(gè)緊湊、熱性能優(yōu)化的表面貼裝封裝中，采用 FDMQ8203 設(shè)計(jì)僅需添加外部驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路以驅(qū)動(dòng)和保護(hù) MOSFET。經(jīng)測(cè)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(duì)比二極管橋方案的功率損耗和能效

　　FDMQ8205 符合 IEEE802.3at 標(biāo)準(zhǔn)，集成雙 N 溝道和雙 P 溝道 100 V MOSFET 及所需的門極驅(qū)動(dòng)器，無(wú)需外部驅(qū)動(dòng)或保護(hù)電路，具有市場(chǎng)最低的導(dǎo)通電阻?；?FDMQ8205 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(shí)現(xiàn)比 FDMQ8203 更好的熱性能，有助于提高設(shè)計(jì)的功率密度。

　　圖 2：GreenBridge? 2 方案對(duì)比二極管橋方案的功率損耗和能效

　　2）符合 IEEE 802.3bt 的 PoE-PD 接口控制器：NCP1095 和 NCP1096

　　NCP1095 和 NCP1096 符合 IEEE 802.3 bt 標(biāo)準(zhǔn)，提供達(dá) 100 瓦功率，具有實(shí)施 PoE 接口所需的所有特性，包括檢測(cè)、自動(dòng)分類和限流。NCP1095 具有外部導(dǎo)通晶體管，支持自動(dòng)分類以根據(jù) PD 類型和分類來(lái)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 Type 3 或 Type 4 PoE 控制器可提供的最低導(dǎo)通電阻(RDS-on)。安森美半導(dǎo)體提供 NCP1095GEVB 和 NCP1096GEVB 評(píng)估板，使設(shè)計(jì)工程師可以快速評(píng)估兩個(gè)控制器的運(yùn)行，然后實(shí)施有助于設(shè)計(jì)流程的物理設(shè)計(jì)。 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(píng)估板

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

　　FDMC8622 采用先進(jìn)的 PowerTrench? 工藝，結(jié)合屏蔽門極技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)極低的導(dǎo)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(guò) UIL 測(cè)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(jí)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(shí)施輸入電壓前饋?？烧{(diào)節(jié)自適應(yīng)重疊時(shí)間基于輸入電壓和負(fù)載條件優(yōu)化系統(tǒng)能效。此控制器集成了實(shí)施隔離有源鉗位正向和不對(duì)稱半橋轉(zhuǎn)換器所需的所有必要控制和保護(hù)功能。

　　5）高壓瞬態(tài)抑制、ESD 保護(hù)：ESD8004

　　ESD8004 用于為高速數(shù)據(jù)線提供針對(duì) ESD 的保護(hù)，具有超低電容和低 ESD 鉗位電壓，是保護(hù)對(duì)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(wú)線聯(lián)接提供許多顯著優(yōu)勢(shì)，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(wàn)別，可能某些設(shè)備具有很好的無(wú)線聯(lián)接能力，但還有一些會(huì)得益于 PoE 的特性和能力，而且 PoE 提供許多優(yōu)勢(shì)，如：

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

　　靈活性：無(wú)需靠近電源。 設(shè)備可放置在可以運(yùn)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(gè)不間斷電源供電。

　　安全性：比無(wú)線更難被黑客入侵或攔截

　　PoE 能夠同時(shí)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(biāo)準(zhǔn) IEEE 802.3bt 支持設(shè)計(jì)人員向 PD 提供達(dá) 90 W 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(biāo)牌、電信、銷售點(diǎn)(POS)終端、衛(wèi)星數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用。安森美半導(dǎo)體提供全系列符合 IEEE 802.3bt 的 PoE-PD 方案，還將功率擴(kuò)展到 100 W，并提供大量參考設(shè)計(jì)和應(yīng)用注釋，解決能效、尺寸和熱性能等挑戰(zhàn)，使這項(xiàng)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。