網(wǎng)絡規(guī)模的激增使得相應設備對功率的需求顯著增長。以太網(wǎng)是這技術生態(tài)系統(tǒng)的關鍵一環(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)絡等應用，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 技術可通過以太網(wǎng)電纜傳輸電力和數(shù)據(jù)。通過供電設備(PSE)和受電設備(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鍵點：
1. 使用 PoE 電纜中的所有四對導線增加 PSE 可提供的輸出功率
2. 通過識別兩種新的設備類型(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算等等給設計人員提出了一系列挑戰(zhàn)。安森美半導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 應用中的 PD 需要一個橋接電路來調節(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通損耗成為有待解決的主要問題之一。 安森美半導體針對此問題開發(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 設計僅需添加外部驅動和保護電路以驅動和保護 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 及所需的門極驅動器，無需外部驅動或保護電路，具有市場最低的導通電阻。基于 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通電阻(RDS-on)。安森美半導體提供 NCP1095GEVB 和 NCP1096GEVB 評估板，使設計工程師可以快速評估兩個控制器的運行，然后實施有助于設計流程的物理設計。 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，結合屏蔽門極技術，可實現(xiàn)極低的導通電阻、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)通信應用的下一代高密度、高性能和中小功率級隔離 DC-DC 轉換器。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。可調節(jié)自適應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，但技術生態(tài)系統(tǒng)中使用的所有設備所需電源和數(shù)據(jù)要求千差萬別，可能某些設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，且無需合資質的電工。
靈活性：無需靠近電源。 設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
新的 PoE 標準 IEEE 802.3bt 支持設計人員向 PD 提供達 90 W 的功率，開啟更高功率應用的大門，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)絡等應用。安森美半導體提供全系列符合 IEEE 802.3bt 的 PoE-PD 方案，還將功率擴展到 100 W，并提供大量參考設計和應用注釋，解決能效、尺寸和熱性能等挑戰(zhàn)，使這項技術更容易廣及所有開發(fā)工程師，有助于使更多聯(lián)接的設備具有保證的互操作性和更高能效。