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[导读]我们一直在跟踪 POE 世界中的一个有趣趋势,对于任何支付电费的人……或认识支付电费的人来说,这应该不足为奇:人们越来越关注产品生命周期内的总功耗。 总拥有成本通常被认为是 CAPEX(资本支出......或购买价格)和 OPEX(运营支出......或运行成本)的总和。设计师和硬件开发经理历来更关注 CAPEX 而不是 OPEX,但现在开始将转向总拥有成本视为判断解决方案的正确指标。这是来自实际需要付费购买和运行此类设备的最终用户。

我们一直在跟踪 POE 世界中的一个有趣趋势,对于任何支付电费的人……或认识支付电费的人来说,这应该不足为奇:人们越来越关注产品生命周期内的总功耗。

总拥有成本通常被认为是 CAPEX(资本支出......或购买价格)和 OPEX(运营支出......或运行成本)的总和。设计师和硬件开发经理历来更关注 CAPEX 而不是 OPEX,但现在开始将转向总拥有成本视为判断解决方案的正确指标。这是来自实际需要付费购买和运行此类设备的最终用户。

几年前,当我们开始看到专门为提高效率而重新设计电路板/系统时,电信行业也开始了类似的转变。在那之前,所有电信板都使用 ORing 二极管来合并高侧和低侧的冗余 -48 V 馈电。当二极管便宜、坚如磐石并且 100% 降额很容易时,使用 FET 和 ORing 控制器被认为风险太大。输入客户对更高效率的需求,带有控制器的 ORing FET 开始出现在许多设计中。现在,它们是常态。通过这样一个简单的改变,效率可以提高 1.5% 的情况并不常见。

今天的例子是以太网供电 (PoE) 解决方案;具体来说,PoE 相机。

现在有许多符合 IEEE 标准的 POE 解决方案可供选择,但区分解决方案的方法并不多。更多的特性和令人惊叹的功能不一定是打动全球大多数 IT、安全和基础设施买家的最佳方式。最吸引人的似乎是拥有成本低,这意味着运营成本低。

数学非常简单,即使使用了一些假设。

假设:

1. IP 摄像机的平均寿命为 10 年

2. 普通 IP 摄像机全天候 24 小时供电。

3. IP 摄像机平均每天闲置 22 小时。(轻负载意味着平移、俯仰、变焦电机不运行)

4. 专为实现高轻负载效率而设计的闲置 IP 摄像机的功耗比具有标准轻负载效率的摄像机低 350 mW。

5. 轻负载效率的增量成本为 0.01 美元。(实际上,甚至没有那么多。)

终身节省 = 摄像机数量 x $/kWh x 22 小时/天 x 365 天/年 x 10 年 x 1kW/1000W x (PDIS_NORMAL – PDIS_HIGHEFFICIENCY)

通过上面的等式运行一些数字,一个拥有 100 个摄像头的设施以 0.14 美元/kWh 的价格在十年内将节省近 400 美元。

这种节省不需要额外的前期硅成本,而且 400 美元直接用于底线。(注意:假设的电力成本是基于相对较低的美国定价。在欧洲,节省的费用将是原来的 2 到 2.5 倍,而且这些成本只会上升。)

但是 Tex……我的设计如何才能降低 POE OPEX???

一个很好的问题。

TI 最近发布了两款POE PD 控制器,专为在非常宽的负载范围内实现高效率而设计。TPS23751 和 TPS23752 在负载下作为标准隔离反激式转换器运行。当负载下降且设备进入空闲状态时,三个功能会启动以降低功耗:

1. 同步整流器 (SR) 关断。通过让 FET 执行 SR 功能,可以提高正常负载下的效率。在轻负载时,运行 SR 所需的能量大于节省的能量,使用同步 FET 的体二极管进行整流效率更高。此时关闭 SR 控制并让 FET 的体二极管完成工作会更有效。SR 关闭时的负载水平可由设计人员编程。

2. 变频操作 (VFO)。调整轻负载时的开关频率。在 VFO 模式下,电感峰值电流固定,CTL 电压改变开关频率。这最大限度地减少了轻负载时的开关损耗,从而进一步提高了效率。

3. 睡眠模式(仅限 TPS23752)。睡眠模式会禁用转换器以最大限度地降低功耗,同时仍会生成 IEEE802.3at 所需的维持电源签名 (MPS)。

TPS23751 是一个整合有以太网供电 (PoE) 受电设备 (PD) 接口和电流模式直流/直流控制器的 16 引脚集成电路, 专门针对 在宽负载范围内要求实现高效率的应用进行了优化。

PoE 接口执行符合 IEEE 802.3at 标准的类型 2 硬件类别。它还包括一个辅助电源检测 (APD) 输入和一个禁用功能 (DEN)。0.5Ω、100V 的导通 MOSFET 最大限度地减少了热耗散,并大大提高了电源利用率。

该直流/直流控制器 具有 内部软启动、引导启动电流源、带有斜坡补偿的电流模式控制、消隐和电流限制等特性。通过禁用同步整流并进入可变频率运行 (VFO) 可提高轻负载时的效率。

TPS23752 是 TPS23751 的 20 引脚扩展版本并具有额外的睡眠模式功能。睡眠模式将会禁用转换器以最大限度地减少功耗,同时仍然生成 IEEE802.3at 所需的维持功率特征 (MPS)。


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