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应用LMR38020优化PoE设备供电方案

关键词:应用LMR38020 PoE设备供电方案 电源系统

时间:2023-11-10 11:01:21      来源:网络

在Wi-Fi无线接入点(Access Point),网络摄像头等设备中,标配有PoE供电方式早已成为主流。如何实现低成本、高可靠性的供电解决方案一直是该类产品的重点方向之一。

作者:Zach Xia

在Wi-Fi无线接入点(Access Point),网络摄像头等设备中,标配有PoE供电方式早已成为主流。如何实现低成本、高可靠性的供电解决方案一直是该类产品的重点方向之一。

如下图1是非隔离的无线接入点电源系统示意图。其中,TPS2378是PoE接口协议芯片,极限耐压为100V。紧接着的是用来做降压转换的两级Buck芯片,如业界广泛使用的LMR16020和TPS562208。为了符合雷电浪涌冲击要求,实际产品一般在协议芯片前放置TVS管。


图1  非隔离型无线接入点电源系统

PoE协议规定的供电电压最大值为57V,应用中多选取工作电压58V的TVS,如SMAJ58A。从图2可以看到,雪崩击穿电压最大可达71.2V,超出LMR16020的极限耐压65V。因此第一级Buck芯片偶有概率性失效的事件发生。


图2  典型TVS参数

LMR38020是一颗输入最高工作电压80V,极限耐压85V,输出电流2A且内部集成上下管的高压同步Buck芯片。并且该芯片具有优化的启动特性和抖频选项(Spread spectrum),非常适合于PoE供电方式的受电端,即PD (Powered Device) 端应用。如下是LMR38020和LMR16020的对比。LMR38020的输入耐压大于前级TVS的雪崩击穿电压范围,增强了系统的可靠性。此外,内部集成同步整流管在省去外部肖特基二极管的同时,带来电源变换效率的显著提升。

 

LMR16020

LMR38020

极限耐压

65V

85V

外部整流二极管

需要

不需要

效率(输出12V/2A)

89.1%

92.0%

新的中间电压等级可能性

原有电源架构下,将PoE输入电压变换到12V,再由12V降压至3.3V和1.8V等负载点电压。在第一级降压变换采用LMR38020的情况下,考虑将第一级变换的输出电压由12V改为5V,能够降低整个系统方案的成本,如下图3。但是需要考虑最大输出功率和效率问题。


图3  新的中间电压方案

 

LMR16020
输出12V

LMR38020
输出5V

最大输出功率

24W

10W

第一级效率

89.1%

83.9%

第二级效率

88.3%

93.7%

整体效率

78.7%

78.6%

从上表可以看到,借助于LMR38020以及高效率5V挡位降压芯片TPS62A02,新的电源架构可以实现和原有方案接近的整体效率。值得注意的是,随着Wi-Fi设备无线通讯速率带宽的不断提升,10W将无法满足未来的峰值功率需求。后续TI将会推出更大电流的高压Buck解决方案。

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