注意我們的以太網(wǎng)供電 OPEX 設(shè)計風(fēng)險過時

我們一直在跟蹤 POE 世界中的一個有趣趨勢，對于任何支付電費的人……或認識支付電費的人來說，這應(yīng)該不足為奇：人們越來越關(guān)注產(chǎn)品生命周期內(nèi)的總功耗。

總擁有成本通常被認為是 CAPEX(資本支出......或購買價格)和 OPEX(運營支出......或運行成本)的總和。設(shè)計師和硬件開發(fā)經(jīng)理歷來更關(guān)注 CAPEX 而不是 OPEX，但現(xiàn)在開始將轉(zhuǎn)向總擁有成本視為判斷解決方案的正確指標。這是來自實際需要付費購買和運行此類設(shè)備的最終用戶。

幾年前，當我們開始看到專門為提高效率而重新設(shè)計電路板/系統(tǒng)時，電信行業(yè)也開始了類似的轉(zhuǎn)變。在那之前，所有電信板都使用 ORing 二極管來合并高側(cè)和低側(cè)的冗余 -48 V 饋電。當二極管便宜、堅如磐石并且 100% 降額很容易時，使用 FET 和 ORing 控制器被認為風(fēng)險太大。輸入客戶對更高效率的需求，帶有控制器的 ORing FET 開始出現(xiàn)在許多設(shè)計中?，F(xiàn)在，它們是常態(tài)。通過這樣一個簡單的改變，效率可以提高 1.5% 的情況并不常見。

今天的例子是以太網(wǎng)供電 (PoE) 解決方案;具體來說，PoE 相機。

現(xiàn)在有許多符合 IEEE 標準的 POE 解決方案可供選擇，但區(qū)分解決方案的方法并不多。更多的特性和令人驚嘆的功能不一定是打動全球大多數(shù) IT、安全和基礎(chǔ)設(shè)施買家的最佳方式。最吸引人的似乎是擁有成本低，這意味著運營成本低。

數(shù)學(xué)非常簡單，即使使用了一些假設(shè)。

假設(shè)：

1. IP 攝像機的平均壽命為 10 年

2. 普通 IP 攝像機全天候 24 小時供電。

3. IP 攝像機平均每天閑置 22 小時。(輕負載意味著平移、俯仰、變焦電機不運行)

4. 專為實現(xiàn)高輕負載效率而設(shè)計的閑置 IP 攝像機的功耗比具有標準輕負載效率的攝像機低 350 mW。

5. 輕負載效率的增量成本為 0.01 美元。(實際上，甚至沒有那么多。)

終身節(jié)省 = 攝像機數(shù)量 x $/kWh x 22 小時/天 x 365 天/年 x 10 年 x 1kW/1000W x (PDIS_NORMAL – PDIS_HIGHEFFICIENCY)

通過上面的等式運行一些數(shù)字，一個擁有 100 個攝像頭的設(shè)施以 0.14 美元/kWh 的價格在十年內(nèi)將節(jié)省近 400 美元。

這種節(jié)省不需要額外的前期硅成本，而且 400 美元直接用于底線。(注意：假設(shè)的電力成本是基于相對較低的美國定價。在歐洲，節(jié)省的費用將是原來的 2 到 2.5 倍，而且這些成本只會上升。)

但是 Tex……我的設(shè)計如何才能降低 POE OPEX???

一個很好的問題。

TI 最近發(fā)布了兩款POE PD 控制器，專為在非常寬的負載范圍內(nèi)實現(xiàn)高效率而設(shè)計。TPS23751 和 TPS23752 在負載下作為標準隔離反激式轉(zhuǎn)換器運行。當負載下降且設(shè)備進入空閑狀態(tài)時，三個功能會啟動以降低功耗：

1. 同步整流器 (SR) 關(guān)斷。通過讓 FET 執(zhí)行 SR 功能，可以提高正常負載下的效率。在輕負載時，運行 SR 所需的能量大于節(jié)省的能量，使用同步 FET 的體二極管進行整流效率更高。此時關(guān)閉 SR 控制并讓 FET 的體二極管完成工作會更有效。SR 關(guān)閉時的負載水平可由設(shè)計人員編程。

2. 變頻操作 (VFO)。調(diào)整輕負載時的開關(guān)頻率。在 VFO 模式下，電感峰值電流固定，CTL 電壓改變開關(guān)頻率。這最大限度地減少了輕負載時的開關(guān)損耗，從而進一步提高了效率。

3. 睡眠模式(僅限 TPS23752)。睡眠模式會禁用轉(zhuǎn)換器以最大限度地降低功耗，同時仍會生成 IEEE802.3at 所需的維持電源簽名 (MPS)。

TPS23751 是一個整合有以太網(wǎng)供電 (PoE) 受電設(shè)備 (PD) 接口和電流模式直流/直流控制器的 16 引腳集成電路， 專門針對 在寬負載范圍內(nèi)要求實現(xiàn)高效率的應(yīng)用進行了優(yōu)化。

PoE 接口執(zhí)行符合 IEEE 802.3at 標準的類型 2 硬件類別。它還包括一個輔助電源檢測 (APD) 輸入和一個禁用功能 (DEN)。0.5Ω、100V 的導(dǎo)通 MOSFET 最大限度地減少了熱耗散，并大大提高了電源利用率。

該直流/直流控制器 具有 內(nèi)部軟啟動、引導(dǎo)啟動電流源、帶有斜坡補償?shù)碾娏髂Ｊ娇刂?、消隱和電流限制等特性。通過禁用同步整流并進入可變頻率運行 (VFO) 可提高輕負載時的效率。

TPS23752 是 TPS23751 的 20 引腳擴展版本并具有額外的睡眠模式功能。睡眠模式將會禁用轉(zhuǎn)換器以最大限度地減少功耗，同時仍然生成 IEEE802.3at 所需的維持功率特征 (MPS)。