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MPS——超小尺寸 IEEE802.3af PD 解决方案

时间:2023-06-10 06:37:00 pd57006集成电路

MPS——超小尺寸 IEEE802.3af PD 解决方案

PoE 随着电子产品的发展,其功能越来越多,尺寸越来越小,设计越来越简单。

Q:如何用最简单的芯片设计为客户创造最大价值的产品?

A:功能最大化,设计极简化,设备最少化。锐单商城代理品牌MPS 公司明星产品 MP8017 --- 超小尺寸 IEEE802.3af PD 解决方案,带着使命诞生了!

什么是 PoE?

PoE (Power over Ethernet) 是供电设备 (PSE) 受电设备通过网线 (PD) 供电的一种方式,它相比于传统的适配器供电方式有诸多优势

  1. 更少的成本
  2. 安装更简单
  3. 远程控制更方便
  4. 更好的兼容性

如下 PoE 可以看到应用结构简图 PoE 已经从各个方面融入到每个人的生活中。

随着 PoE 电源的应用越来越广泛,在电源和设备功能复杂性方面都有质的发展。

MPS 公司多年来一直致力于 PoE 应用研究旨在为客户提供更好的产品 MP8017 全方位升级秘诀。

首先,让我们来看看我们公司 MP8017 方案和传统方案 1:1 对比图,方案尺寸一目了然。

MP8017 这么小的体积是怎么做到的?

带着问题,再看 MP8017 是如何对 PoE Fly-Back 六个模块一一优化。

图注:PoE fly-back电源的结构框图

1 全集成芯片方案

当工程师朋友想要得到一个紧凑的电源方案时,他们应该首先选择一个全集成的芯片。所以这个芯片:

它包含 PD 和 DCDC 吗?

它包含 Hot-Swap 和集成 Power MOSFET 吗?

全集成方案通常可以减少 PCB 由于只需计划和购买较少的设备,空间和缩短设计周期。

而 MP8017 全集成芯片,而且它的包装只有 QFN-19 (3mmX4mm), 这个行业是一个超小的包装。

图注:MP8017 QFN-19 (3mmX4mm) 封装

2 先进的反馈网络

做过 Fly-Bak 的工程师朋友可能都知道,一款常规的 Fly-Back 往往需要 TL431 和光耦反馈网络,同时还需要考虑环路补偿和软启电路。随着 Fly-Back 的发展出现了包含辅助绕组的原边反馈方式。

而 MP8017 则用了更为先进的反馈方式,不需要辅助绕组,直接 SW 采样输出电压。如下图所示,这样的反馈方式有诸多优点:

  1. 更简单的设计电路,包括不需要辅助绕组的变压器
  2. 因为没有辅助绕组,得了更少的变压器成本;
  3. 在同样的磁芯上可以绕更多的功率绕组,使阻抗更小,以达到更高的效率。

 

图注:MP8017 SW 采样反馈方式。

3 超小体积的变压器

提到变压器,这可能是整个系统中最贵和体积最大的一个器件了。现在市面上 12W 应用一般采用的都是 EP13 的变压器。

而 MP8017 只需要 EP7 变压器,无论是体积上,还是价格上都有一个大幅度地减小。这主要得益于 MP8017 的两个设计亮点:

  1. 不需要辅助绕组,以减少变压器的绕组种类;
  2. 高达 650kHz 的开关频率,以减少变压器绕组圈数。

 

图注:MP8017 12W 采用 EP7 变压器

4最少的输入输出电容

一般的 PoE 产品的频率大都在 250kHz 左右,需要电解电容才能得到较小的纹波。

而 MP8017 的频率高达 650kHz,可以大幅度减少输入输出电容的要求,对于 12W 的应用,两颗 0805 的输出陶瓷电容足矣,并且 MP8017 采用 CCM 控制方式,可以得到更小的电流峰值,减小因 ESR 或者 Layout 电阻造成的纹波。

 

图注:MP8017 CCM 控制方式

5 优秀的EMI设计

对于一款 POE 产品来说,过 EMI 标准是一个必选项。但是如何优化 EMI,又是一个大大令人头痛的话题。

一般来说, Fly-Back 需要共模电感才能得到一个比较好的 EMI 效果,但是共模电感是一个又贵又大的器件,

如何才能省掉这一器件呢?MP8017 祭出了两大法宝:

  1. 频率抖动功能;
  2. 更平滑的SW波形。

 

图注:MP8017 抖频功能减小 EMI 峰值

 

图注:MP8017 平滑的 SW 减弱 EMI 干扰源

6 优化的 Snubber 钳位电路

在 Fly-Back 应用中,一般采用 RCD 作为钳位电路,以减少 SW 的峰值电压和吸收漏感能量,但是这个电路有两个问题:

  1. SW 会产生如上图所示的谐振,对 EMI 产生不好的影响;
  2. 漏感能量被消耗掉之后,对系统效率产生影响。

MP8017 采用 Active Clamp 的控制方式完美解决了这两个问题, 结构如下图所示:

 

图注:MP8017 Active Clamp 钳位电路

结论

综上所述6个大模块,在 MP8017 上一一得到了优化,从而让整个 Fly-Back 电路得到了极大的简化,于是刚刚复杂的框图就简化成了如下图:

 

图注:MP8017 PoE Fly-Back 结构简图

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