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用于以太网供电的电源管理硅元件

Ian Moulding?? 飞利浦半导体商务线电源管理市场经理;Christopher Hill?? 飞利浦半导体商务线电源管理高级应用工程师?? 2004年11月01日 ?? 收藏0
以太网”是指采用 IEEE802.3 标准的各种局域网 (LAN) 系统。以太网是工作场所应用的一种协议,例如,通过高速数据电缆将桌面 PC 与中央文件服务器连接起来。数据终端、无线接入点、网络摄像机和电话等任何连到以太网端口的设备都需要有自己的电源,这电源可以是电池也可以是独立的AC插座。而一个更有吸引力的构想则是能同时将电源和数据传输至任何连到以太网上的设备。如果这种传送设计能利用现有的以太网电缆,能100% 地向后兼容,那就更佳。 这正是包含在 IEEE802.3af 内的以太网供电(PoE)标准能做到的。这一 新标准于2003 年6月经IEEE 批准,用于在以太网上传输和接收电源信号。PoE的优势有:
  ●?一种应用设备只需要一套电线,电缆连接变得更为简便,成本更低。
  ●?省去 AC 插座和适配器之后,工作环境变得更为安全、整洁,成本也相应降低。
  ●?应用能轻易地从一处移到另一处。
  ●?当 AC 主线断电时,一个不间断电源能确保应用所需的用电。
  ●?可以远程监视和控制连接到以太网的设备。
  这些优点使以太网供电成为
一种突飞猛进的新技术,它从根本上改变了低功耗类设备的供电方式。还有更多的设备能通过以太网供电驱动。今天,有两种主要的用电装置成为推动 PoE 销售增长的主导力量,它们分别是:无线LAN 接入点和 VoIP电话。 前者的年复合增长率为 38% ,并将于2007年达到1500万件(资料来源:iSuppli), 而支持后者的企业级网络预计将于2007年达到300万。对电源驱动设备的需求反过来要求现有的以太网交换机能支持 PoE。 这点可通过(图1)所示的 “中途式” 方案实现。预计到2007年,这些设备的使用数目将增长到800万,增长率达到 68%。
用于以太网供电的电源管理硅元件图示
图1,中途式集线器配合以太网交换机


  在本例中,原先的以太网交换机通过“中途式”以太网供电集线器将电力注入双绞线 LAN 电缆,实现 PoE。 新型以太网交换机将结合“中途式” ,为通过高速数据电缆连接的用电装置 (PD)供电。 这些用电设备可以是网络摄像机、VoIP电话、无线? LAN 接入点以及其他设备。 不间断电源(UPS)能在主电源断电时提供备用电。
  电源管理设备用于在以太网交换机和以太网供电“中途式”集线器上转换电压和电流, 以及用电设备中的 DC-DC 转换器。下文将详细介绍各种功能。
  以太网交换机中的电源管理设备
  最新的以太网交换机能通过 24 或是 48个独立端口,为用电设备提供 PoE 连接,并向后兼容非 PoE 系统。 每个用电设备都有自己的 48V 供电,每 PD 最高达15.4W,并由以太网交换机分别管理。
  IEEE802.3af PoE 标准允许用电设备最大功率在13W 左右——考虑到长距离电缆传输中有一定的功率损耗,以太网交换机提供15.4W的功率。用电设备终端使用48V电源时电压在36~ 57V 范围内,电压容许达到最大开关电压两倍左右(如开关尖峰信号等),要求电源开关采用额定VDS为 100V的分立 MOSFET。
用于以太网供电的电源管理硅元件图示
图 2,热插拔控制器


  图2 显示的是一个 PoE 控制器,通过分立的 MOSFET控制四个端口。? 该例采用了4个飞利浦半导体的 PHT4NQ10T。这样的设置相当于每个以太网交换机或中途结构中有12 个 IC和 48个 MOSFET。 预计到 2007 年,中途式结构的电源管理的市场收入将等于 MOSFET (5,700万美元,38,400万件)和IC(4,800万美元,9600万件)的销售收入之和。
  PoE 控制器通常指“热插拔”控制器。这类 IC 的功能有:
  ●?独立控制四个分离的 PoE 端口。
  ●?检测有效用电设备的连接情况。
  ●?监控稳定状态下 MOSFET 的电流 (通过低欧姆感测电阻器) 。
  ●?PD 连到端口时,对涌入电流和 MOSFET 散热进行控制。
  ?●?当PD 断开时,有低电流断开功能。
  在常用模式下, 一旦端口供电, PD旁路电容器靠端口电压供电,外部 MOSFET 分散的功率相当少。这说明一个小型 MOSFET 就能满足此项需要。 然而, IEEE802.3af 有一些其他的需求,比如开启时的浪涌电流和出现不兼容用电设备连接端口的问题,这就需要一个能在瞬时分散大量能量的 MOSFET 。 这也是为什么采用分立的 MOSFET 而不是整合解决方案的原因。
  以太网交换机MOSFET还要求在关闭状态时的漏电量要低。 IEEE802.3af 要求一个端口的绝对最大漏电量不能超过 12礎,这个数字包括MOSFET 和其他保护电路的漏电路
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