在预算内最大限度地提高 PoE PD 效率

POE （Power Over Ethernet）指的是在现有的以太网Cat.5布线基础架构不作任何改动的情况下，在为一些基于IP的终端（如IP电话机、无线局域网接入点AP、网络摄像机等）传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供电的技术。POE技术能在确保现有结构化布线安全的同时保证现有网络的正常运作，最大限度地降低成本。IEEE 802.3af标准是基于以太网供电系统POE的新标准，它在IEEE 802.3的基础上增加了通过网线直接供电的相关标准，是现有以太网标准的扩展，也是第一个关于电源分配的国际标准。为了在新的产品应用中夺取和保持市场占有率，降低PoE受电设备（PD）中电源级所占用的成本而同时不牺牲可靠性是至关重要的。

反激式是以太网供电 (PoE) 受电设备 (PD) 设计中最常用的隔离式 DC/DC 转换器，可为无线接入点、IP 电话和安全摄像头等许多基于以太网的产品提供高达 25.5W 的功率。

图 1 显示了一个简单的反激式功率级。当初级开关打开时，反激式首先对磁化电感充电并将能量存储在电源变压器的气隙中。当初级开关关闭时，励磁电感使电压反向并使二极管正向偏置，从而将能量输送到负载。

图 1：反激式转换器功率级

使用反激式的好处是它的简单性和易于设计，这使其成为一种低成本的解决方案。然而，由于高峰值和 RMS 电流，反激中的 MOSFET 和输出整流二极管具有高传导损耗，从而导致效率相对较低。适用于 POE 应用的4 类成本优化反激式转换器 TI 设计参考设计(PMP6812) 演示了如何在低成本、简单的二极管整流反激式解决方案中使用TPS23754 PoE PD，以在 25W 下实现 86% 的效率。请注意，参考设计具有 12V 输出，其效率将高于 5V 输出。相比之下，5V 输出二极管整流反激在此功率范围内可产生约 80% 的效率。

TPS23754和TPS23756设备具有以太网供电（PoE）组合。电源-设备（PD）接口和电流模式DC-DC控制器，专为隔离转换器优化。PoE接口支持IEEE 802.3at标准。
TPS23754和TPS23756支持多种输入电压O型环选项，包括最高电压、外部适配器首选项和PoE首选项。这些功能允许设计者确定在所有条件下哪个电源将承载负载。
PoE接口具有新的扩展硬件分类，这是根据IEEE 802 3at与大功率中跨电源设备（PSE）兼容所必需的。检测特征引脚也可用于强制PoE电源断电。可使用单个电阻器将分类编程为任何定义类型。
DC-DC控制器具有两个具有可编程死区时间的互补栅极驱动器，这简化了有源箝位正激变换器的设计或高效反激拓扑的优化栅极驱动器。如果需要单个MOSFET拓扑，可以禁用第二个栅极驱动器。控制器还具有内部软启动、自举启动源、电流模式补偿和78%的最大占空比。一个可编程和同步振荡器允许设计优化的效率，并简化了控制器的使用，以升级现有的电源设计。精确的可编程消隐（具有默认周期）简化了通常的电流检测滤波器设计权衡。
TPS23754装置具有15-V转换器启动，而TPS23756装置具有9-V转换器启动。TPS23754-1将PPD引脚替换为无连接，以增加引脚间距。

在同步反激式转换器中，二极管被低 RDSon MOSFET（图 1 中的 S同步）取代，以显着降低传导损耗，从而大大提高效率，这是大功率 PoE 应用所需要的。同步反激的常见实现是一种自驱动拓扑，它向电源变压器添加一个绕组以生成同步栅极驱动信号。例如，TPS23751EVM是一种自驱动同步反激式 PoE PD 解决方案，它使用TPS23751在 25W 时实现 90% 的转换器效率。

随着具有特殊功能（例如，安全摄像头的倾斜、平移和缩放）的 PoE 设备变得越来越复杂，传输到 PoE PD 的功率（尽可能多的功率）必须转换为负载的功率。因此，任何额外的效率百分比都是可取的。

无需切换（双关语）到有源钳位正激转换器等不同的拓扑结构，驱动同步反激式是一种可行的解决方案。DC/DC 控制器的栅极驱动信号（很多时候位于 PoE PD IC 内部）不是在反激变压器上使用额外绕组，而是通过栅极驱动变压器驱动同步 FET。现在，您可以消除自驱动方法中存在的直通损失量。结果是整体上更高效的反激式设计。

适用于 PoE PD 应用的4 类高效驱动反激式转换器 (5V/5A) TI Designs 参考设计(TIDA-00617) 是一种驱动同步反激式 PoE PD 解决方案，它使用 TPS23751 在 25W 下实现 93% 的转换器效率。

图 2：在 PoE PD 应用中实现的三种反激式拓扑的相对效率

图 2 显示了三种不同反激配置的 4 类功率水平的相对效率。