MP8017简介：超小尺寸 IEEE 802.3AF POE PD 解决方案
概述
以太网供电 (PoE) 设备的发展使设备功能更多、尺寸更小、设计也更简单。本文将介绍一种PD解决方案， MP8017。该方案兼容 IEEE 802.3af标准、尺寸超小，同时具有较少数量的外部元器件。
什么是POE？
PoE 是指可以通过网线由供电设备 (PSE) 向 PD 供电。相较于传统的适配器供电方式，PoE具备以下优势：
- 成本低
- 安装简便
- 远程控制非常方便
- 兼容性高
PoE 设备应用架构简单，现已成为人们日常使用的产品中不可或缺的一部分（见图 1）。
图1: PoE应用架构
MP8017简介
随着PoE电源的广泛应用，对高品质电源和复杂设备需求也不断攀升。MPS 一直致力于 PoE 的应用研发，我们提供的 MP8017可以明显改进传统的解决方案。图 2 显示了采用 MP8017 实现的简化反激电路。
图2: MP8017 PoE反激电路
图 3展示了MP8017如何 优化 PoE 反激电路的六个模块。
图 3：PoE 反激电路功能框图
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全集成解决方案
为实现紧凑型电源解决方案，该芯片中集成了一个 PD、一个DC/DC 变换器和一个热插拔功率 MOSFET。由于外部元件较少，该方案减少了 PCB 空间并缩短了设计周期。MP8017 采用超小尺寸 QFN-19 (3mmx4mm) 封装（见图 4）。
图4: MP8017采用 QFN-19 (3mmx4mm)封装
先进的反馈网络
传统反激电路通常需要 TL431、光耦合器反馈网络、环路补偿和软启动电路。随着新型反激式解决方案的开发，又出现了原边反馈法，但这种方法通常包括辅助绕组。
MP8017 采用的先进反馈法则无需辅助绕组； 相反，它可以直接对输出电压 (VOUT)进行采样。这种方法有诸多优点，包括：
- 简化的设计电路，变压器无需辅助绕组
- 变压器成本降低
- 附加的电源绕组可缠绕在同一磁芯上，以降低阻抗并实现更高效率
图 5 显示了 MP8017 的采样反馈模式。
图 5：MP8017 的采样反馈模式
超小尺寸变压器
变压器通常是整个系统中昂贵且体积最大的设备。目前市场上的 12W 应用通常采用 EP13 变压器。
但MP8017 只需一个 EP7 变压器，这大大降低了变压器体积以及价格。因为MP8017 具有两个关键设计优势，可以实现更小、更便宜的变压器：
- 无需辅助绕组，因此可减少变压器绕组
- 高达 650kHz 的开关频率 (fSW) 也可减少变压器绕组数量
图 6 显示了 EP13 和 EP7 变压器的尺寸差异。MP8017 实现的12W 应用只需采用 EP7 变压器。
图 6：MP8017采用 EP7 变压器实现12W 应用
最小输入和输出电容
PoE设备的频率一般在250kHz左右，它需要电解电容来降低纹波。MP8017的频率最高可达650kHz，可大大降低对输入输出电容的要求。对于 12W 应用，两个陶瓷电容 (0805) 就足够了。 MP8017 的高效布线降低了电流峰值和ESR 或布线电阻引起的纹波。
出色的EMI设计
优化 EMI 以通过 EMI 标准对 PoE 设备来说是一项重大挑战。因为反激式解决方案通常会需要一个共模 (CM) 电感来提高 EMI 性能，而CM 电感是一种昂贵的大型器件。
MP8017 提供频率抖动功能以及更平滑的 SW 波形来应对EMI 性能挑战。频率抖动功能可降低 EMI 峰值（见图 7）。
图 7：MP8017 的频率抖动功能可降低 EMI 峰值
图 8 显示出 MP8017 平滑的 SW 波形如何衰减EMI干扰源。
图 8：MP8017 平滑的 SW 波形对 EMI 源的衰减
优化的缓冲钳位电路
在反激式应用中，RCD 通常用作钳位电路，以降低 SW 峰值电压并吸收漏感能量。但该电路存在两个问题：
- SW会产生谐振，这对EMI有不利影响。
- 漏感能量消耗之后，会对系统效率产生负面影响。
为缓解这些问题，MP8017 采用了有源钳位控制（见图 9）。
图 9：MP8017 的有源钳位电路
结论
MP8017的开发基于对PoE 电源不断增长的需求。采用MP8017，设计人员可以有效地优化 PoE 反激电路中的六大模块。凭借着高集成度、更少的外部元件、更小尺寸和有源钳位控制等特性，这款反激式变换器正在引领整个行业的 PoE 发展趋势。
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