我們一直在跟蹤 POE 世界中的一個(gè)有趣趨勢(shì)，對(duì)于任何支付電費(fèi)的人……或認(rèn)識(shí)支付電費(fèi)的人來(lái)說(shuō)，這應(yīng)該不足為奇：人們?cè)絹?lái)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(rèn)為是 CAPEX(資本支出......或購(gòu)買(mǎi)價(jià)格)和 OPEX(運(yùn)營(yíng)支出......或運(yùn)行成本)的總和。設(shè)計(jì)師和硬件開(kāi)發(fā)經(jīng)理歷來(lái)更關(guān)注 CAPEX 而不是 OPEX，但現(xiàn)在開(kāi)始將轉(zhuǎn)向總擁有成本視為判斷解決方案的正確指標(biāo)。這是來(lái)自實(shí)際需要付費(fèi)購(gòu)買(mǎi)和運(yùn)行此類(lèi)設(shè)備的最終用戶。

幾年前，當(dāng)我們開(kāi)始看到專門(mén)為提高效率而重新設(shè)計(jì)電路板/系統(tǒng)時(shí)，電信行業(yè)也開(kāi)始了類(lèi)似的轉(zhuǎn)變。在那之前，所有電信板都使用 ORing 二極管來(lái)合并高側(cè)和低側(cè)的冗余 -48 V 饋電。當(dāng)二極管便宜、堅(jiān)如磐石并且 100% 降額很容易時(shí)，使用 FET 和 ORing 控制器被認(rèn)為風(fēng)險(xiǎn)太大。輸入客戶對(duì)更高效率的需求，帶有控制器的 ORing FET 開(kāi)始出現(xiàn)在許多設(shè)計(jì)中。現(xiàn)在，它們是常態(tài)。通過(guò)這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的改變，效率可以提高 1.5% 的情況并不常見(jiàn)。

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

現(xiàn)在有許多符合 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)全球大多數(shù) IT、安全和基礎(chǔ)設(shè)施買(mǎi)家的最佳方式。最吸引人的似乎是擁有成本低，這意味著運(yùn)營(yíng)成本低。

數(shù)學(xué)非常簡(jiǎn)單，即使使用了一些假設(shè)。

假設(shè)：

1. IP 攝像機(jī)的平均壽命為 10 年

2. 普通 IP 攝像機(jī)全天候 24 小時(shí)供電。

3. IP 攝像機(jī)平均每天閑置 22 小時(shí)。(輕負(fù)載意味著平移、俯仰、變焦電機(jī)不運(yùn)行)

4. 專為實(shí)現(xiàn)高輕負(fù)載效率而設(shè)計(jì)的閑置 IP 攝像機(jī)的功耗比具有標(biāo)準(zhǔn)輕負(fù)載效率的攝像機(jī)低 350 mW。

5. 輕負(fù)載效率的增量成本為 0.01 美元。(實(shí)際上，甚至沒(méi)有那么多。)

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

通過(guò)上面的等式運(yùn)行一些數(shù)字，一個(gè)擁有 100 個(gè)攝像頭的設(shè)施以 0.14 美元/kWh 的價(jià)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(duì)較低的美國(guó)定價(jià)。在歐洲，節(jié)省的費(fèi)用將是原來(lái)的 2 到 2.5 倍，而且這些成本只會(huì)上升。)

但是 Tex……我的設(shè)計(jì)如何才能降低 POE OPEX???

一個(gè)很好的問(wèn)題。

TI 最近發(fā)布了兩款POE PD 控制器，專為在非常寬的負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效率而設(shè)計(jì)。TPS23751 和 TPS23752 在負(fù)載下作為標(biāo)準(zhǔn)隔離反激式轉(zhuǎn)換器運(yùn)行。當(dāng)負(fù)載下降且設(shè)備進(jìn)入空閑狀態(tài)時(shí)，三個(gè)功能會(huì)啟動(dòng)以降低功耗：

1. 同步整流器 (SR) 關(guān)斷。通過(guò)讓 FET 執(zhí)行 SR 功能，可以提高正常負(fù)載下的效率。在輕負(fù)載時(shí)，運(yùn)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(jìn)行整流效率更高。此時(shí)關(guān)閉 SR 控制并讓 FET 的體二極管完成工作會(huì)更有效。SR 關(guān)閉時(shí)的負(fù)載水平可由設(shè)計(jì)人員編程。

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

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

TPS23751 是一個(gè)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(mén)針對(duì) 在寬負(fù)載范圍內(nèi)要求實(shí)現(xiàn)高效率的應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。

PoE 接口執(zhí)行符合 IEEE 802.3at 標(biāo)準(zhǔn)的類(lèi)型 2 硬件類(lèi)別。它還包括一個(gè)輔助電源檢測(cè) (APD) 輸入和一個(gè)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(dòng)、引導(dǎo)啟動(dòng)電流源、帶有斜坡補(bǔ)償?shù)碾娏髂Ｊ娇刂?、消隱和電流限制等特性。通過(guò)禁用同步整流并進(jìn)入可變頻率運(yùn)行 (VFO) 可提高輕負(fù)載時(shí)的效率。

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