IEEE802.3at规范界说的以太网供电(PoE)是经过一条CAT-5以太网电缆安全地传输运用数据和电源的办法。因为它支撑灵敏地在任何地方装置设备,没有在邻近供给沟通电源的约束,也不需求电工进行装置,因而,它得到了广泛运用。开始的IEEE802.3afPoE规范约束了供电至受电设备(PD)的功率只要13W,这也就约束了设备的运用规模,例如IP电话和根本安防摄像机等。在2009年,IEEE802.3at规范将支撑的功率增大到25.5W。可是,这仍是无法满意功率要求越来越高的PoE运用需求,例如,轻轻蜂窝基站、无线接入点、LED标牌和加热云台变焦(PTZ)室外摄像机等。在2011年,凌力尔特公司发布了新的专有规范LTPoE++™,将PoE和PoE+规范扩展到90W供电,一起还坚持与IEEEPoE规范100%的兼容。它支撑四种不同的功率等级(38.7W、52.7W、70W、90W),可以依据运用要求来调整电源供电。
LTPoE++供电设备(PSE)选用了更智能的PSE阻隔体系结构,以削减元器材数量,尽量少运用贵重的外部元器材。全面的电缆放电维护和80V肯定最大值的引脚保证了现场作业的高牢靠性。选用外部FET使散热功用可满意运用需求,进步了体系功率,增强了长时刻牢靠性。LTPoE++体系结构只需求一个PSE和PD操控器,就可以经过4对100mCAT-5e电缆供给90W的功率。
体系阻隔要求
要完成以太网供电,需求细心的挑选体系结构和元器材,以下降体系本钱,一起进步功用和牢靠性。一个成功的规划有必要满意IEEE阻隔要求,在短路和过流事情时维护HotSwap™FET,或许契合IEEE规范。PoE规范清楚地论述了阻隔要求,在PD运用电路中,保证断开接地环路,坚持以太网数据完好性并下降噪声。
传统的PSE阻隔体系结构在主机至PSE操控器接口处阻隔数字接口和电源。光耦合器等数字阻隔单元本质上十分贵重并且不牢靠。可以完成阻隔功用的IC本钱十分高,不支撑I2C高速传送。并且,对PSE逻辑供电的阻隔DC/DC转换器增大了电路板面积和体系本钱。
轻松完成阻隔
凌力尔特公司的12端口(LTC4270/LTC4271)和8端口PSE(LTC4290/LTC4271)芯片组选用了不同的PSE阻隔办法,将一切的数字功用迁移到阻隔鸿沟的主机侧(图1)。这极大的下降了所需元器材的本钱和复杂性。不再需求独自的阻隔DC/DC电源;LTC4271数字操控器可以运用主机的逻辑电源。LTC4271运用变压器阻隔通讯办法操控LTC4290或LTC4270。低本钱和广泛运用的以太网变压器对可代替6个光耦合器。在协议中编程完成含有端口办理、复位和快速端口关断功用的I2C通讯机制,然后下降了辐射能量,供给1500V的阻隔。
图1:LTC4290/LTC4271芯片组完成了阻隔功用,不需求任何光阻隔器以及专用阻隔DC/DC转换器
牢靠的电缆放电维护功用
考虑PoE规划的牢靠性十分重要,特别是处理很多的电缆、高电压、大电流或许高温的状况。凌力尔特公司在这方面经历丰富,规划了低本钱、大吞吐量的电路维护计划,可以灵敏的调整满意IEC61000电缆放电电压要求。只需求一个TVS来维护高电压模仿电源,而在每一个输出端口上选用一对低本钱箝位二极管(图2)。端口上的二极管引导有害的浪涌进入电源轨中,它们被浪涌抑制器以及VEE旁路%&&&&&%吸收掉。浪涌抑制器还有维护PSE操控器不受VEE供电瞬变影响的长处。凌力尔特的PSE操控器在一切模仿引脚上还有80V肯定最大额外约束,完成了对瞬变的维护。
图2:牢靠的电缆放电维护
降低功耗
凌力尔特的第四代PSE和PD操控器与IEEE802.3at规范彻底兼容,并且LTPoE++功率达到了90W,一起经过运用低RDS(ON)外部MOSFET和0.25Ω检测电阻减小了热耗散。这关于大功率体系十分重要,在这些体系中散热规划和功率损耗的本钱十分高,关于功率受限的运用也十分重要,这些运用要求在功率预算内尽可能进步作业功率。集成了MOSFET的PSE和PD操控器具有较高的RDS(ON)参数,因为在器材内部散热,因而,很难进行散热规划。对一个端口的危害会导致整个芯片受损。
LT4275(图3)是市场上仅有可以操控外部MOSFET的PD操控器,极大的下降了PD总热耗,进步了成效,这关于较大功率运用十分重要。这一立异的办法支撑用户调整MOSFET以满意运用的散热和功率要求,支撑运用30mΩ量级的低RDS(ON)MOSFET。LT4275可以支撑高达90W的功率。
一个TVS和100V肯定最大端口引脚足以维护电缆放电事情。LT4275作业在较宽的-40°C至125°C温度规模,具有过温维护功用,在瞬时过载时维护器材。选用这一更强壮的维护功用,很简单就可体会牢靠的运用。
图3:LTPoE++PD操控器运用外部MOSFET以进步了成效
LTPoE++是怎样作业的
LTPoE++运用了3事情分级机制,在PSE和PD之间供给互辨认信号,一起坚持了与IEEE802.3at规范的后向兼容。经过PD对3事情分级机制的呼应,LTPoE++PSE确认PD是1类(PoE)、2类(PoE+),仍是LTPoE++器材。LTPoE++PSE运用3事情分级机制导致ICUT和ILIM门限更新。PSE运用ICUT门限监控PD电流耗费。在严峻的电流毛病时,ILIM用作硬电流约束,以维护PSE电源供电。
在另一端,LTPoE++PD运用它收到的分级事情号,确认衔接1类、2类,仍是LTPoE++PSE。假如LTPoE++PSE丈量到PD的第一个分级事情电流是0级、1级、2级,或许3级,LTPoE++PSE把端口作为1类器材进行供电。不然,假如在第一个分级事情中,辨认到4级,LTPoE++PSE会持续PoE+规范界说的第二个分级事情。这告知PD,它衔接至2类或LTPoE++PSE。没有第二个分级事情表明晰PD衔接至1类PSE,这约束为1类供电。
2类PD物理层分级由IEEE界说为两个接连4级成果。一个LTPoE++PD有必要在第一和第二个分级事情中显现两个接连4级成果,使得LTPoE++PD呈现为2类PD至2类PSE。
在第一和第二个分级事情中,在有用的4级丈量后,LTPoE++PSE会迁移到第三个分级事情上。两次成功的4级丈量后,进行第三次分级事情。第三次分级事情有必要转换到不同于4级的其他等级,把PD辨以为支撑LTPoE++。在第三个分级事情过程中,LTPoE++PSE以为坚持4级的PD是2类PD。关于一切分级事情,IEEE802.3at规范要求兼容2类PD重复4级呼应。第三个分级事情告知LTPoE++PD,它衔接至LTPoE++PSE。表1显现了各种PD功率的分级事情组合。
LTPoE++ 即插即用解决计划
LTPoE++供给安全和牢靠的即插即用解决计划,极大的下降了PSE和PD的工程复杂性。LTPoE++相关于其他电源扩展拓扑的长处在于只需求一个PSE和PD便可以在一条CAT-5e电缆上供给90W功率,大幅度节省了空间,下降了本钱,缩短了开发时刻。LTPoE++解决计划削减了资料和相关的元器材本钱,还供给现在成效最高的端到端解决计划,明显下降了整体具有本钱,增大了对实践运用的供电,一起下降了热耗,不需求高本钱的散热器规划。
LTPoE++最杰出的一点是,关于软件级功率洽谈,它不需求运用IEEEPoE+规范拟定的链路层发现协议(LLDP)。LLDP要求扩展规范以太网仓库,需求很大的软件开发投入。LTPoE++PSE和PD自主地洽谈功率要求以及硬件级才能,一起坚持了与根据LLDP解决计划的彻底兼容。这样,LTPoE++体系规划人员可以挑选是否完成LLDP。专用端到端体系可能会挑选抛弃LLDP支撑。这带来了产品及时面市优势,并且还下降了BOM本钱,减小了电路板面积和复杂性。
第四代的高档特性
凌力尔特的以太网供电PSE操控器系列在PoE经历上十分老练和专业,已受供货的2亿多端口支撑。新的第四代特性包含支撑规划未来不会过期的现场更新固件。可选1秒电流平均是另一新特性,简化了主机电源办理功用。高档电源办理特性包含优先级快速关断、12位每端口电压和电流回读、8位可设置电流约束、以及7位可设置过载电流门限等。一个1MHzI2C接口支撑主机操控器对%&&&&&%进行数字装备,或许进行行列端口读取操作。供给“C”库,以下降工程本钱,使产品赶快上市。
定论
凌力尔特供给业界功耗最低的单端口、4端口、8端口和12端口PSE操控器,还供给巩固的ESD和电缆放电维护功用,削减了元器材数量,完成了高性价比规划。与LT4275PD操控器相结合,一个完好的即插即用LTPoE++体系可以供给90W功率,一起坚持了与PoE+和PoE规范的彻底兼容。整个解决计划运用了外部低RDS(ON)MOSFET,以极大地下降PD总热耗散,进步了成效,这关于一切功率级都十分要害。一切模仿引脚的高值肯定最大额外电压和高性价比电缆放电维护功用保证了器材遭到很好的维护,不受最常见以太网电压浪涌的危害。LTPoE++体系简化了功率运送,协助体系规划人员将规划精力会集在高价值运用中。