MP8017の紹介 : 超小型IEEE802.3af PoE PDソリューション
はじめに
PoE (パワーオーバーイーサネット) デバイスの開発により、機能が向上し、サイズが小さくなり、設計が簡素化されたデバイスをもたらされました。本稿では、最小限の外付け部品をもつ、超小型のIEEE 802.3af互換のパワードデバイス (PD) ソリューションである、MP8017に焦点を当てます。
PoEとは?
PoEは、ネットワークケーブルを使用して、電源装置 (PSE) からPDに電力を供給します。従来のアダプタ電源方式に対するPoEの利点は次のとおりです。
- コスト削減
- インストールの簡素化
- 利便性の高いリモートコントロール
- 互換性の向上
PoEデバイスのシンプルなアプリケーション構造により、PoEデバイスは私たちが日常的に使用する製品で必要不可欠なものになっています (図1参照)。
図1 : PoEアプリケーションの構造
MP8017の紹介
PoE電源の普及に伴い、高品質な電源やますます複雑化する機器への需要が高まっています。MPSはPoEアプリケーションの研究に取り組み、従来のソリューションを大幅に改善したMP8017を開発しました。図2は、MP8017を使用した簡略化されたフライバック回路です。
図2 : MP8017 PoEフライバック回路
図3は、MP8017がPoEフライバックの6つのモジュールをどのように最適化しているかを示しています。
図3 : PoEフライバック電源のブロック図
完全に統合されたソリューション
コンパクトな電源ソリューションを実現するために、完全に統合されたチップには、PD、DC/DCコンバータ、およびホットスワップパワーMOSFETが含まれています。外付け部品が少ないため、このソリューションはPCBスペースを削減し、設計サイクルを短縮します。MP8017は、超小型のQFN-19 (3mm x 4mm) パッケージで提供されます (図4参照)。
図4 : MP8017のQFN-19 (3mm x 4mm) パッケージ
高度なフィードバックネットワーク
従来のフライバックでは、多くの場合、TL431、フォトカプラ・フィードバックネットワーク、ループ補償、およびソフトスタート回路が必要です。新しいフライバックソリューションの開発によって、一般的に補助巻線を含む一次フィードバック方式が登場しました。
MP8017は、補助巻線を必要としない高度なフィードバック方式を利用しています。代わりに、出力電圧 (VOUT) を直接サンプリングします。このアプローチには、次のような多くの利点があります。
- 補助巻線を必要としないトランスを含む簡略化された設計回路
- トランスのコスト削減
- 同じコアに巻くことができる追加の電力巻線により、インピーダンスを低減し、より高い効率を達成
図5は、MP8017のサンプリングフィードバックモードを示します。
図5 : MP8017のサンプリングフィードバックモード
超小型トランス
トランスは一般に、システム全体で最も高価でかさばるデバイスです。現在市場に出回っている12Wアプリケーションでは、EP13トランスが多く使用されています。
それに対して、MP8017はEP7トランスのみを必要とするため、ボリュームと価格の両方を大幅に削減できます。MP8017には、より小型で安価なトランスを実現する次のような2つの重要な設計上の利点があります。
- 補助巻線を必要とせず、トランスの巻線を削減
- 最大650kHzのスイッチング周波数 (fSW) により、トランス巻線数を削減
図6に、EP13トランスとEP7トランスのサイズの違いを示します。MP8017の12WアプリケーションはEP7トランスを採用しています。
図6 : MP8017の12WアプリケーションはEP7トランスを採用
最小入力および出力容量
一般的なPoEデバイスの周波数は通常約250kHzで、リップルを低減するために電解コンデンサが必要です。MP8017の周波数 (650kHzに達する場合がある) により、入力コンデンサと出力コンデンサの要件を大幅に減らせます。12Wアプリケーションの場合、2つのセラミックコンデンサ (0805) で十分です。MP8017の効率的なレイアウトにより、ESRまたはレイアウト抵抗によって引き起こされる電流ピークとリップルを低減します。
すぐれたEMI設計
EMI規格に合格するために、EMIの最適化が、PoEデバイスに重要な課題になります。フライバックソリューションでは、通常、EMI性能を向上させるためにコモンモード (CM) インダクタが必要です。しかし、コモンモードインダクタは高価で大型のデバイスです。
これらのEMIパフォーマンスの課題に対処するために、MP8017は周波数ジッタ機能とより滑らかなSW波形を提供します。MP8017の周波数ジッタリングは、EMIピークを低減します (図7参照)。
図7 : MP8017の周波数ジッタリングによるEMIピーク低減
図8は、MP8017の滑らかなSW波形がEMI干渉源をどのように減衰させるかを示しています。
図8 : MP8017の滑らかなSW波形によるEMIソースの減衰
最適化されたスナバクランプ回路
フライバック・アプリケーションでは、RCDは通常、SWのピーク電圧を低減し、漏れインダクタンスエネルギを吸収するためのクランプ回路として使用されます。この回路には2つの問題があります
- SWは共振を発生させ、電磁障害に悪影響を及ぼす。
- 漏れインダクタンスのエネルギが消費されると、システム効率は悪影響を受ける。
これらの問題を軽減するために、MP8017はアクティブクランプ制御を採用しています (図9参照)。
図9 : MP8017のアクティブクランプ回路
結論
PoE電源の需要の高まりにより、MP8017が開発されました。MP8017を使用して、設計者はPoEフライバックの6つの大きなモジュールを効果的に最適化できます。高度な統合、外部部品数の削減、サイズの縮小、アクティブクランプ制御などの機能をもった、このフライバックの論争は、産業でPoEのトレンドになっています。
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