电源管理芯片在以太网供电中的应用(2)

图2 显示了一个PoE控制器，通过分立 MOSFET控制四个端口。在该例中，使用的是飞利浦半导体公司的四个 PHT4NQ10T 器件。这种配置相当于每个以太网交换机或中继采用 12 个 IC 和 48 个 MOSFET。到2007 年，用于“中继”电源管理的 MOSFET的总有效市场容量 (TAM) 将达到 5700 万美元（3 亿 8 千 4 百万只），而IC将达到 4800 万美元（9600 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；

检测有效用电设备的连接； (使用低阻值的检测电阻)监测MOSFET 的稳态电流；

当一个用电设备第一次连接到个端口时，控制浪涌电流和MOSFET功耗；

具备欠流断开检测功能以确定用电设备是否已断开连接。

在正常工作情况下，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时，外部 MOSFET 的功耗非常低。这意味着较小的 MOSFET 就能完成这个功能。然而，IEEE802.3af 的其他要求，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，才采用了分立 MOSFET 而不是集成方案。

对以太网交换机中的 MOSFET 的进一步要求是其在关断状态下的漏电流要非常低。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 之外其他可能存在的保护电路的泄漏途径。飞利浦半导体公司的 MOSFET 就是为满足此项要求而设计的，其最大漏电流仅为 1 A。

电源管理器件在用电设备 (PD) 中的应用

用电设备的框图如图 3 所示。来自以太网电缆的直流电源通过二极管桥式整流器恢复，因此消除了用电设备电路电压极性加反的可能性。当一个设备连接到一个 PoE 端口时，以太网交换机就执行一个“发现”程序以确定该设备是否为可接受以太网供电的设备，还是不支持 PoE 的老式设备。当用电设备断开时，也会执行“发现”程序。之所以需要这个发现程序是因为高电压 (48V) 连到许多传统设备上会造成设备损毁。有鉴于此，当电压与已有的传统设备兼容时，就会执行“发现”程序，只有在“发现”符合要求时才会提供高电压直流电源。IEEE802.3af 的“发现”机制是基于特性阻抗的检测来实现的。

通过确定从每个端口吸收的功率，供电设备 (PSE) 可辅助系统电源管理协议，根据系统供电的输出能力，确定其所能支持的用电设备总数。为了实现这种电源管理，IEEE802.3af 标准中加入了一种称为“分类”的可选方法。“分类”方法可以让用电设备向以太网交换机或“中继”集线器报告其最大功率需求，从而使电源管理协议能将未使用的功率分配给其他端口，充分利用已安装的电源容量。

接口控制器的功能是作为用电设备电路主电路的“通断开关”，基于一个 100V 的 N 沟道 MOSFET 构建。仅当额定 48V 电源位于可接受容限以内时，接口控制器才会允许用电设备连接。此外，接口控制器通常还提供浪涌电流限制和故障电流限制功能。MOSFET 的浪涌性能则与上面以太网交换机应用中的 100V MOSFET 相当。

一旦“发现”过程完成，且接口控制器确定电源电压在容许范围内时，接口控制器的 MOSFET 就会开启，电源就施加到隔离 DC-DC 转换器。隔离 DC-DC 转换器需能在用电设备前端和用电设备电路的其他部分之间提供 1500V 的隔离(这是一种安全特性)，并向用电设备电路的其他部分提供一个或多个低压直流电压，最大总功耗为 13W。该转换器的输入额定电压为 48V，采用通用的前向和返弛拓扑结构。这是常用的 DC-DC 转换器结构，与低功率电信电源极为相似。有多种控制器 IC 可以满足这一需求。如飞利浦半导体公司 GREENCHIPTM 系列中的开关电源 (SMPS) 控制器 IC 芯片 TEA1502。

据 VDC 预测，到 2007 年，高达 4.96 亿个端口将采用电源管理芯片。由于并不是所有的端口都会被利用到，当使用率为 50% 时，用电设备的总有效市场容量将为 2.48 亿。

小结

综上所述，PoE 是一项将改变设备供电方式的全新技术。假以时日，PoE 将成为很多设备所采用的普及技术。正是电源管理器件（既包括 IC 也包括 MOSFET）成就了这种改变。