【導(dǎo)讀】PoE 電子產(chǎn)品發(fā)展到今天，其功能越來越多，尺寸越來越小，設(shè)計(jì)越來越簡(jiǎn)單。PoE (Power over Ethernet) 是供電設(shè)備 (PSE) 通過網(wǎng)線向受電設(shè)備 (PD) 供電的一種方式，它相比于傳統(tǒng)的適配器供電方式有諸多優(yōu)勢(shì)。
Q:如何用最簡(jiǎn)單的芯片設(shè)計(jì)出為客戶創(chuàng)造最大價(jià)值的產(chǎn)品？
A:功能最大化，設(shè)計(jì)極簡(jiǎn)化，器件最少化。一款 MPS 公司明星級(jí)產(chǎn)品 MP8017 --- 超小尺寸 IEEE802.3af PD 解決方案，帶著使命誕生了！
什么是 PoE?
PoE (Power over Ethernet) 是供電設(shè)備 (PSE) 通過網(wǎng)線向受電設(shè)備 (PD) 供電的一種方式，它相比于傳統(tǒng)的適配器供電方式有諸多優(yōu)勢(shì)：
● 更少的成本
● 更簡(jiǎn)易的安裝
● 更方便的遠(yuǎn)程控制
● 更好的兼容性
如下 PoE 的應(yīng)用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，可以看到 PoE 已經(jīng)從方方面面融入大家的生活。
隨著 PoE 供電的應(yīng)用越來越廣泛，無論是從供電功率上，還是從設(shè)備功能復(fù)雜度上都有一個(gè)質(zhì)的發(fā)展。
MPS 公司多年致力于 PoE 應(yīng)用的研究，旨在為客戶提供更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，如下奉上 MP8017 的全方位升級(jí)秘訣。
首先給大家看一下我司的 MP8017 方案與傳統(tǒng)方案的 1:1 對(duì)比圖，方案尺寸一目了然。
MP8017 是如何做到如此小體積的？
帶著問題，且看 MP8017 是如何對(duì) PoE Fly-Back 的6大模塊進(jìn)行一一優(yōu)化。
圖注：PoE fly-back電源的結(jié)構(gòu)框圖
1 全集成芯片方案
當(dāng)工程師朋友們要想得到一個(gè)緊湊的電源方案時(shí)，首先應(yīng)該選擇一款全集成的芯片。那么這顆芯片：
它包含 PD 和 DCDC 嗎？
它包含 Hot-Swap 和集成 Power MOSFET 嗎？
一款全集成的方案往往可以減少 PCB 空間和縮短設(shè)計(jì)周期，因?yàn)橹恍枰?jì)劃和購買更少的器件。
而 MP8017 則是一款全集成的芯片，并且它的封裝只有 QFN-19 (3mmX4mm), 在業(yè)界是一款超小的封裝。
圖注：MP8017 QFN-19 (3mmX4mm) 封裝
2 先進(jìn)的反饋網(wǎng)絡(luò)
做過 Fly-Back 的工程師朋友可能都知道，一款常規(guī)的 Fly-Back 往往需要 TL431 和光耦反饋網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)還需要考慮環(huán)路補(bǔ)償和軟啟電路。隨著 Fly-Back 的發(fā)展出現(xiàn)了包含輔助繞組的原邊反饋方式。
而 MP8017 則用了更為先進(jìn)的反饋方式，不需要輔助繞組，直接 SW 采樣輸出電壓。如下圖所示，這樣的反饋方式有諸多優(yōu)點(diǎn)：
● 更簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)電路，包括不需要輔助繞組的變壓器；
● 因?yàn)闆]有輔助繞組，得了更少的變壓器成本；
● 在同樣的磁芯上可以繞更多的功率繞組，使阻抗更小，以達(dá)到更高的效率。
圖注：MP8017 SW 采樣反饋方式。
3 超小體積的變壓器
提到變壓器，這可能是整個(gè)系統(tǒng)中最貴和體積最大的一個(gè)器件了。現(xiàn)在市面上 12W 應(yīng)用一般采用的都是 EP13 的變壓器。
而 MP8017 只需要 EP7 變壓器，無論是體積上，還是價(jià)格上都有一個(gè)大幅度地減小。這主要得益于 MP8017 的兩個(gè)設(shè)計(jì)亮點(diǎn)：
● 不需要輔助繞組，以減少變壓器的繞組種類；
● 高達(dá) 650kHz 的開關(guān)頻率，以減少變壓器繞組圈數(shù)。
圖注：MP8017 12W 采用 EP7 變壓器
4 最少的輸入輸出電容
一般的 PoE 產(chǎn)品的頻率大都在 250kHz 左右，需要電解電容才能得到較小的紋波。
而 MP8017 的頻率高達(dá) 650kHz，可以大幅度減少輸入輸出電容的要求，對(duì)于 12W 的應(yīng)用，兩顆 0805 的輸出陶瓷電容足矣，并且 MP8017 采用 CCM 控制方式，可以得到更小的電流峰值，減小因 ESR 或者 Layout 電阻造成的紋波。
圖注：MP8017 CCM 控制方式
5 優(yōu)秀的EMI設(shè)計(jì)
對(duì)于一款 POE 產(chǎn)品來說，過 EMI 標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)必選項(xiàng)。但是如何優(yōu)化 EMI，又是一個(gè)大大令人頭痛的話題。
一般來說, Fly-Back 需要共模電感才能得到一個(gè)比較好的 EMI 效果，但是共模電感是一個(gè)又貴又大的器件，
如何才能省掉這一器件呢？MP8017 祭出了兩大法寶：
● 頻率抖動(dòng)功能；
● 更平滑的SW波形。
圖注：MP8017 抖頻功能減小 EMI 峰值
圖注：MP8017 平滑的 SW 減弱 EMI 干擾源
6 優(yōu)化的 Snubber 鉗位電路
在 Fly-Back 應(yīng)用中，一般采用 RCD 作為鉗位電路，以減少 SW 的峰值電壓和吸收漏感能量，但是這個(gè)電路有兩個(gè)問題：
● SW 會(huì)產(chǎn)生如上圖所示的諧振，對(duì) EMI 產(chǎn)生不好的影響；
● 漏感能量被消耗掉之后，對(duì)系統(tǒng)效率產(chǎn)生影響。
MP8017 采用 Active Clamp 的控制方式完美解決了這兩個(gè)問題， 結(jié)構(gòu)如下圖所示：
圖注：MP8017 Active Clamp 鉗位電路
結(jié)論
綜上所述6個(gè)大模塊，在 MP8017 上一一得到了優(yōu)化，從而讓整個(gè) Fly-Back 電路得到了極大的簡(jiǎn)化，于是剛剛復(fù)雜的框圖就簡(jiǎn)化成了如下圖:
圖注：MP8017 PoE Fly-Back 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
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