轻松从PoE过渡至PoE+的设计方案

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。

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%。

LTC4269是一款完全符合IEEE802.3at标准的PD控制器，而且是LTC4266的配套器件(见图2)。LTC4269是一款具有一个集成开关稳压器的全功能PD控制器，并具有低至16V的辅助电源支持能力。尽管802.3at标准将PD功率的上限值规定为25.5W，但LTC4269并未设定电流限值，且能方便地提供30W以上的功率，从而造就了专有的功率级，并为实现超出PoE+标准规定范围以外的PD功能开辟了道路。LTC4269的可靠性通过集成一个鲁棒型 100V热插拔(Hot Swap)MOSFET得到了增强。该MOSFET负责在检测和分级期间对PD控制器和DC/DC转换器进行隔离，并提供100mA的浪涌电流，以便在采用任何PSE的情况下实现平滑的上电变换。

为优化PD设计，LTC4269提供了两种版本。这两种版本之间的差异在于所使用的特殊开关电源。LTC4269-1集成了一个同步反激式控制器，而LTC4269-2则集成了一个同步正激式控制器。反激式转换器提供了一种低元件数目设计，其优点是可通过简单地增加绕组来获得额外的输出，而正激式控制器则可在较高的负载电流条件下提供略优于反激式控制器的效率。在这两种场合中，同步整流均提供较高的输出功率、提升的转换效率和改善的交叉调节性能(在具有多个输出的应用中)等好处。此外，在低噪声系统设计中，还可以使控制器同步至一个外部振荡器。

还有一点值得注意的是，LTC4269-1采用了凌力尔特公司的专利No-Opto(无光隔离器)反馈拓扑结构，以在无需增设光隔离器电路的情况下提供完整的IEEE802.3隔离(见图3)。这消除了执行光耦合器反馈的缺点，包括由于光耦合器容差所导致的易变环路增益、高温敏感性和较高的成本。反馈环路中使用的传统光耦合器和并联稳压器被现有变压器上的一个附加绕组所取代，旨在改善稳压性能和效率并简化电路。