从PoE过渡至PoE+的设计方案

文章摘要：对于较高功率的需求当然是由市场驱动的，而且目前对可提供超出现行12.95W限值的功率的PD电源解决方案的需求已经很强烈。现在许多高耗能网络设备都提出了更高的功率要求。那么，电路设计师如何应对他所面临的高功率需求呢？解决方案是：采用由凌力尔特(Linear)公司提供的并符合新型PoE+标准的PSE和PD产品进行设计。这些产品满足新标准所设定的功率限值，而且还可为专有应用提供更高的功率。PoE+ PSE设计方案目前所面临的挑战是PSE制造商必需将高功率PoE+端口迅速投入实际应用。针对PoE+标准进行现有PSE设计的升级需要满足以下要求：能够在不增加误码率的情况下接受更多偏置电流的改进型以太网磁性

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　　对于较高功率的需求当然是由市场驱动的，而且目前对可提供超出现行12.95W限值的功率的PD电源解决方案的需求已经很强烈。现在许多高耗能网络设备都提出了更高的功率要求。那么，电路设计师如何应对他所面临的高功率需求呢？解决方案是：采用由凌力尔特(Linear)公司提供的并符合新型PoE+标准的PSE和PD产品进行设计。这些产品满足新标准所设定的功率限值，而且还可为专有应用提供更高的功率。

　　PoE+ PSE设计方案

　　目前所面临的挑战是PSE制造商必需将高功率PoE+端口迅速投入实际应用。针对PoE+标准进行现有PSE设计的升级需要满足以下要求：能够在不增加误码率的情况下接受更多偏置电流的改进型以太网磁性元件；具较高截止电流门限的新型PSE控制器芯片；视所采用的控制器芯片的不同，有可能需要使用具较大安全工作区(SOA)的较大MOSFET；较大的主电源；可能需要对各种各样的元件(例如连接器、熔断器、共模扼流圈、瞬态电压抑制器二极管、电流检测电阻器和EMI滤波器)进行升级以提供较高的电流。

　　所有这些元件在市面上均有供货，而且802.3at磁性元件和芯片常常可以简单地直接替代其802.3af同类产品。尽管在将PSE从802.3af过渡至802.3at时需要进行很多设计变更，但我们将重点关注有助于这种过渡的关键元件——PoE+ PSE控制器。

　　凌力尔特的LTC4266(见图2)是市面上首个完全符合802.3at标准的四通道PSE控制器，而且向后兼容至广受欢迎的802.3af器件LTC4259A。LTC4266不仅为PD提供了新标准强制要求的功率级，而且还向后兼容最初的PoE标准，因而使得用户能够混合并匹配多达4个PoE和PoE+ PD。如前文所述，为符合802.3at标准，一个PSE必须要能够在PSE连接器的输出端上提供30W功率，这样在补偿了电缆损耗之后可向PD输送25.5W功率。LTC4266可提供30W功率，但它是在大幅度降低热耗散的情况下做到这一点的。

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　　在设计下一代PSE时，应选择一个能够提供较高功率级、执行新的分级机理、提供一个能够高效输送功率的可靠PoE系统的PSE控制器。LTC4266具有极低的热耗散，因而与那些集成了不太鲁棒、且RDS(ON)通常较高的MOSFET的PSE控制器相比，其应用方案的热设计得到了显著简化。LTC4266支持外部MOSFET，而且如果某个端口由于MOSFET失效发生故障，这种失效也不会产生“骨牌”效应而导致相邻通道受到牵连。而这一点恰好是采用内部MOSFET时所担心的。LTC4266的准确度允许采用低价值的检测电阻器。更重要的是，在管理线路电流和电压时还可采用低RDS(ON) MOSFET。由于阻值可以低至0.25Ω(对于检测电阻器)和0.09Ω(对于MOSFET)，因而它的最大总通道电阻仅为其他PSE控制器的一半。这样，热耗散的显著降低，使得设计师能在未使用散热器的情况下轻松、可靠地使用LTC4266。

　　采用凌力尔特完全符合IEEE802.3at标准的四通道PSE控制器的供电设备已经投入使用。可在每个端口上提供30W功率的中跨和端跨设备目前已有现货供应。对于那些不愿意劳心费力地从零开始设计的PSE设计师而言，由诸多供应商(包括Molex、Tyco和Belfuse公司)提供的新型PoETec PSE ICM (集成化连接器模块)是一种理想的8端口和12端口替代解决方案(采用了LTC4266PSE控制器)。

　　PoE+ PD设计方案

　　PD侧的802.3af至802.3at的过渡会稍简单一些，或者至少设计师所需考虑变更的元件较少，这是因为可能需要升级的仅有桥式整流元件、PD控制器、DC/DC控制器和变压器，就基本可以满足这PD负载的功率要求。相比于PSE，热耗散在PD中并不是大问题，但仍需要优先考虑功率效率。设计师还必须决定一个PD是否将能够支持来自墙上适配器的辅助电源，或是否需要对PD负载进行隔离。与PSE升级至PoE+时相似，PD设计是否成功在很大程度上取决于PoE+ PD控制器。

　　为最大限度地提升PD的效率，必须做出某些关键决定。对于隔离型设计，最好避免使用转换器反馈环路中常用的光耦合器。不过，最重要的决定或许是选择一个可实现这些高效率方法的灵活PD控制器。作为一个基准点，凌力尔特的LTC4269为隔离型设计提供的效率水平达到了令人难忘的94%。

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