網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的激增使得相應(yīng)設(shè)備對功率的需求顯著增長。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) 通用標準 (IEEE 802.bt) 提供高達 90 瓦的功率，安森美半導(dǎo)體的 PoE-PD 方案不僅支持新標準的功率限制，還將功率擴展到 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)字標牌、電信、銷售點(POS)終端、衛(wèi)星數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用，并具備靈活、高性價比和高能效等優(yōu)勢。

　　什么是 PoE 和 IEEE 802.3bt？

　　PoE 是 IEEE 802.3af 和 802.3at 標準定義的一種聯(lián)網(wǎng)功能。PoE 技術(shù)可通過以太網(wǎng)電纜傳輸電力和數(shù)據(jù)。通過供電設(shè)備(PSE)和受電設(shè)備(PD)之間的連接來管理傳輸?shù)碾娏?。在此過程中，PSE 根據(jù) PoE 標準識別 PD 設(shè)備的類型和類別，然后確保其接收適當且安全的電量。

　　IEEE 802.3bt 是新的 PoE 標準，也稱為“PoE++”，于 2018 年 9 月獲批，兼容 IEEE 802.3af 等現(xiàn)有標準，與現(xiàn)有標準有兩個不同的關(guān)鍵點：

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

　　2. 通過識別兩種新的設(shè)備類型(3 類和 4 類)和四個新的類別(5 至 8) 來提高能效

　　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、對更小方案的需求、需要符合多個標準及解決受限的預(yù)算等等給設(shè)計人員提出了一系列挑戰(zhàn)。安森美半導(dǎo)體采用其獨特的高壓制造工藝，開發(fā)出更先進的 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 需要一個橋接電路來調(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)。 簡單的二極管橋設(shè)計雖然已成為解決此問題的最流行方法，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題之一。 安森美半導(dǎo)體針對此問題開發(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 到一個緊湊、熱性能優(yōu)化的表面貼裝封裝中，采用 FDMQ8203 設(shè)計僅需添加外部驅(qū)動和保護電路以驅(qū)動和保護 MOSFET。經(jīng)測試，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 方案對比二極管橋方案的功率損耗和能效

　　FDMQ8205 符合 IEEE802.3at 標準，集成雙 N 溝道和雙 P 溝道 100 V MOSFET 及所需的門極驅(qū)動器，無需外部驅(qū)動或保護電路，具有市場最低的導(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，且實現(xiàn)比 FDMQ8203 更好的熱性能，有助于提高設(shè)計的功率密度。

　　圖 2：GreenBridge? 2 方案對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 標準，提供達 100 瓦功率，具有實施 PoE 接口所需的所有特性，包括檢測、自動分類和限流。NCP1095 具有外部導(dǎo)通晶體管，支持自動分類以根據(jù) PD 類型和分類來優(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 評估板，使設(shè)計工程師可以快速評估兩個控制器的運行，然后實施有助于設(shè)計流程的物理設(shè)計。 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 及其評估板

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

　　FDMC8622 采用先進的 PowerTrench? 工藝，結(jié)合屏蔽門極技術(shù)，可實現(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 UIL 測試。

　　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施輸入電壓前饋?？烧{(diào)節(jié)自適應(yīng)重疊時間基于輸入電壓和負載條件優(yōu)化系統(tǒng)能效。此控制器集成了實施隔離有源鉗位正向和不對稱半橋轉(zhuǎn)換器所需的所有必要控制和保護功能。

　　5）高壓瞬態(tài)抑制、ESD 保護：ESD8004

　　ESD8004 用于為高速數(shù)據(jù)線提供針對 ESD 的保護，具有超低電容和低 ESD 鉗位電壓，是保護對電壓敏感的高速數(shù)據(jù)電路的理想方案。

　　為何采用 PoE？

　　雖然無線聯(lián)接提供許多顯著優(yōu)勢，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)要求千差萬別，可能某些設(shè)備具有很好的無線聯(lián)接能力，但還有一些會得益于 PoE 的特性和能力，而且 PoE 提供許多優(yōu)勢，如：

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

　　靈活性：無需靠近電源。 設(shè)備可放置在可以運行局域網(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)由單個不間斷電源供電。

　　安全性：比無線更難被黑客入侵或攔截

　　PoE 能夠同時傳輸電力和數(shù)據(jù)，減少了線束，高效便利

　　總結(jié)

　　新的 PoE 標準 IEEE 802.3bt 支持設(shè)計人員向 PD 提供達 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)字標牌、電信、銷售點(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，還將功率擴展到 100 W，并提供大量參考設(shè)計和應(yīng)用注釋，解決能效、尺寸和熱性能等挑戰(zhàn)，使這項技術(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。