【導讀】與傳統交流電源相比
，以太網供電（PoE）電源可以通過現有以太網電纜同時供電並傳輸數據。通過將電源線與數據線集成在一起，PoE 應用能夠實現高性價比以及靈活的安裝。隨著應用對電力需求的不斷增長
，PoE 解決方案在眾多行業中迅速普及。

本係列的兩篇文章將探討如何為 PoE-bt 應用設計有源鉗位正激控製器。本文為上篇，介紹PoE 應用以及正激變換器拓撲和有源鉗位的基礎知識。

以太網供電 (POE) 的發展曆程

圖 1 顯示了 PoE 功能的演變曆程。最初的PoE出現於2003年，它隻能為設備提供最大13W的功率，稱之為802.3af協議。但13W終究無法滿足日益增長的功率需求，因此2009 年，802.3at 協議應運而生。該協議改進了電壓和電流規格，提供高達 25.5W 的功率。最近的802.3bt 協議於 2019 年發布，它提供高達 71W 的功率，以應對PoE 應用蓬勃的發展。

圖1: PoE的演變曆程

大多數 PoE 解決方案都由兩部分組成：受電設備 (PD) 和供電設備 (PSE)（見圖 2）。雖然PSE和PD都從交流電源獲取電力
，但PSE 的行為類似電源，而PD則純粹消耗電力。為確保PSE能為PD供電
，PoE通過一個握手流程防止PD連接到協議不兼容的PSE設備上，從而保護PD免受損壞。

圖2: PoE的主要組成

典型的PSE設備包括網絡交換機和路由器，而典型PD設備則包括IP 電話

、安全攝像頭和基站。MPS 提供滿足802.3af/at/bt協議的全麵解決方案，這些方案涵蓋協議、DC/DC 控製器、集成協議和電源 IC，並針對不同功率級別的應用。例如MP80xx 係列產品
，均為高度集成且兼容802.3af/at/bt協議的DC/DC變換器和控製器。

以 MP6005為例
，這是一款支持當前所有PoE 協議設計的DC/DC 控製器，它采用低端有源鉗位電路，可同時用於反激和正激拓撲並從PSE 傳輸功率。

拓撲結構比較

PoE 應用中常采用隔離電路來提高安全性與可靠性。反激和正激變換器的隔離電路通常都具有低於100W的功率。圖 3 顯示了基本反激拓撲（左）和基本正激拓撲（右）的常見隔離電路。

圖3: 反激和正激變換器中常見的隔離電路

與yu反fan激ji變bian換huan器qi相xiang比bi，正zheng激ji變bian換huan器qi在zai變bian壓ya器qi的de開kai關guan過guo程cheng中zhong不bu需xu要yao能neng量liang存cun儲chu。因yin此ci，由you於yu功gong率lv器qi件jian上shang的de電dian流liu應ying力li較jiao小xiao，所suo以yi效xiao率lv更geng高gao。但dan是shi，正zheng激ji變bian換huan器qi需xu要yao更geng多duo的de開kai關guan器qi件jian，因yin而er成cheng本ben更geng高gao。

zhengjibianhuanqifeichangshihejuyoudidianyahedashuchudianliudeyingyong。erqie，zhengjibianhuanqihaichangchangtianjiayuanbianyouyuanqianweidianluhefubiantongbuzhengliudianluyijinyibutigaoqixiaolv。biao 1對有源鉗位反激變換器和正激變換器之間的尺寸和成本進行了比較。

表1: 反激變換器與正激變換器的比較

正激變換器設計

圖 5 顯示了由變壓器實現隔離的正激變換器拓撲結構，其中Q_MAIN 是主開關，Q_AUX是輔助開關，Q_F 是副邊續流 MOSFET，Q_R 是副邊整流 MOSFET，L_O是輸出電感。

圖5: 正激變換器拓撲

有源鉗位

隔離電路中常見的鉗位電路包括RCD鉗位和有源鉗位。在RCD 鉗位電路中
，磁化電感（以及部分漏感）中的能量通過 RCD 中的電阻耗散
，這會降低拓撲的整體效率。而主MOSFET 上的高壓尖峰不僅會導致電磁幹擾 (EMI) 問題，還會造成副邊同步整流MOSFET 上產生問題。我們將在下一篇文章中對此進行詳述。

有源鉗位電路克服了RCD鉗位電路的缺點，它不僅可以恢複磁化電感和漏電感的能量，還可以抑製主開關 MOSFET 上的電壓尖峰。輔助開關還可以采用軟開關模式工作來提高效率。根據輔助MOSFET的位置
，有源鉗位電路可分為高端和低端組件。例如
，MP6005就采用了低端有源鉗位電路。

當原邊主 MOSFET關斷時，開關電壓由磁化電感的複位電壓和鉗位電容電壓組成。較大值的鉗位電容器對應於較低的開關電壓幅度
、較(jiao)低(di)的(de)鉗(qian)位(wei)電(dian)容(rong)器(qi)諧(xie)振(zhen)頻(pin)率(lv)和(he)較(jiao)低(di)的(de)磁(ci)化(hua)電(dian)感(gan)。因(yin)為(wei)控(kong)製(zhi)回(hui)路(lu)的(de)帶(dai)寬(kuan)通(tong)常(chang)設(she)置(zhi)為(wei)諧(xie)振(zhen)頻(pin)率(lv)的(de)五(wu)分(fen)之(zhi)一(yi)至(zhi)三(san)分(fen)之(zhi)一(yi)之(zhi)間(jian)，所(suo)以(yi)鉗(qian)位(wei)電(dian)容(rong)不(bu)能(neng)太(tai)大(da)，否(fou)則(ze)會(hui)影(ying)響(xiang)控(kong)製(zhi)回(hui)路(lu)的(de)響(xiang)應(ying)速(su)度(du)。 

總結

在本文中，我們回顧了PoE解決方案的演變曆程及其主要組件，比較了反激和正激變換器拓撲，以及常見的鉗位電路，包括有源鉗位電路。 本係列的下一篇文章 將更加深入地探討副邊同步整流MOSFET
、副邊尖峰吸收電路以及PoE-bt應用的效率驗證過程。

來源：芯源係統

免責聲明：本文為轉載文章

，轉載此文目的在於傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻
、圖片、文字如涉及作品版權問題
，請聯係小編進行處理。

推薦閱讀：

如何使用AFG31000測試電源的負載瞬態響應

提高帶寬，打造適應未來發展的CATV解決方案

現代電子電路的精確電流測量：板級監測的不同測量方法比較

MPS智能駕駛解決方案

如何使用Hi-Z緩衝器簡化AFE設計