PoE (パワーオーバーイーサネット) スイッチ用MPS電源管理ソリューション

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はじめに

IP電話、ワイヤレスAP、IPカメラなどの最近のデバイスでは、PoE (パワーオーバーイーサネット) による電力供給が増加しています。5G時代のCPE (カスタマー構内設備) や小規模基地局も、PoE電力を必要とします。

図1は、PoEによって電力供給される一般的なアプリケーションを示しています。

図1 : PoEによって電力供給される一般的なアプリケーション

本稿では、PSE、昇圧、高電圧降圧 / フライバック、高電流バック、2A～3Aバックなど、幅広いスイッチに対応したMPSの包括的な電源管理ソリューションについて説明します。

PoEスイッチの電源構造とアダプタタイプ

PoEには明らかな利点があります。追加のアダプタや電源ケーブルを必要とせず、ネットワークケーブルを通じてデータと電力の両方を伝送できます。

スイッチは、PoE電源を供給できる一般的なデバイスです。図2は、PoEスイッチの電力構造を示しています。通常、電力はAC/DCアダプタによって供給されます。

図2 : PoEスイッチの電源構造

アダプタには以下のように3つのタイプがあります。

1. 12Vアダプタ電源 : 12Vアダプタでは、電源供給装置 (PSE) チップ入力を供給するために12Vと48Vの間の電圧が必要です。
2. 48V / 53Vアダプタ電源 : 48V / 53VアダプタではPSEに直接48V / 53Vを供給できますが、12V、5V、3.3Vなどに降圧するには48V / 53V降圧ICが必要です。高電力スイッチの場合、電圧は一般に最初に12Vまでステップダウンされ、その後の段はしばしば高電流降圧コンバータと2A / 3A降圧コンバータを利用します。
3. 48V / 53Vアダプタ電源 : 一部の高電力スイッチでは、フロントエンド・アダプタが2つの電圧を供給します。これは、システムが48V / 53V昇圧または降圧コンバータを排除し、12V / 5V降圧コンバータを直接使用してコア、IO、またはDDRにステップダウンできることを意味します。

MPSは、あらゆるフロントエンド・アダプタで動作するスイッチ用の幅広い電源ソリューションを提供しています。表1に、用途に応じて選択できる各種MPS部品を示します。

表1 : スイッチ向けMPSパワーソリューション

電源装置 (PSE)

MP3924は、IEEE802.3af/atプロトコルと互換性のあるクアッドポートPSEコントローラです。その統合されたVCC電源は、PSEチップのための48V〜3.3V電源の課題に対処します。さらに、このデバイスは単一ポートPSE応用のために1個のパワーMOSFETのみを必要とする小さなQFN-32 (5mm x 5mm) パッケージで提供され、全体のコストを低減できます。

設定を可能にするために、I²Cインタフェースは各ポートの電圧と電流をモニタし、各ポートの電流制限を設定できます。1つのポートで最大40Wの電力をサポートできます。MP3924のPMAXピンは、4つのポートすべての総電力を設定します。総電力が制限を超えると、プライオリティの低いポートは自動的に閉じます。

図3にMP3924の代表的なアプリケーション回路と主な特徴を示します。

図3 : 代表的なアプリケーション回路とMP3924の主な特長

降圧 / フライバック

12V～48V / 53Vの用途では、MP3425またはMP3910昇圧コンバータを電源仕様に応じて選択できます。MP3425は3.5A、90mΩの内部スイッチを持つ電流モード昇圧コンバータです。一方、MP3910は、10A以上の電流を扱うことができる外付けMOSFETを駆動することができるピーク電流モードパルス幅変調 (PWM) コントローラです。

特に、MP3910は、フライバック・トポロジーで48V / 53Vまで昇圧可能な絶縁アプリケーションをサポートします。

高電圧降圧 / フライバック

MPSはまた、非絶縁48V / 53Vのステップダウンアプリケーションに対して、電力要件に応じて複数のソリューションを提供します。これらのソリューションには、MP9928、MP9572、MP9487、およびMP4541ステップダウンコンバータが含まれます。

絶縁アプリケーション用に、MPSは異なる電力レベル用のMP6004およびMP6005も提供します。

MP9572

MP9572は、完全統合型の60V / 2A同期降圧コンバータです。図4にMP9572の特徴、応用回路、効率曲線を示します。

図4 : MP9572の詳細

MP9572は、12V / 2A出力を高効率で出力できます。図5に、MP9572の効率曲線を示します。

図5 : MP9572の効率曲線

高電流降圧コンバータ

5A〜30Aのアプリケーションに対して、MPSは、表1に従って選択することができる一連のデバイス (例えば、アイソレータおよびバックコンバータ) を提供します。

2A - 3A降圧コンバータ

2A〜3Aへのアプリケーションには、小型のSOT563パッケージ、コンスタント・オン・タイム (COT) 制御、優れた動的応答により、 MP1657およびMP1658を推奨します。

デジタルアイソレータ

MP27631は、最大150Mbpsのデータレート信号分離をサポートするクワッドチャネルデジタルアイソレータです。

一部の絶縁スイッチでは、PSEレジスタ (MP3924など) を、I²C経由で設定する必要があります。ほとんどのスイッチはI2Cを絶縁し、信号をリセットします。その後、MP27631を使用できます。図6は、MP27631の代表的な特徴を示します。

図6 : MP27631の特長

結論

本稿では、PoEスイッチの電力構造と3種類の電源アダプタについて説明しました。スイッチ用のMPSの電源ソリューションについても説明し、MP3924、MP9572、MP27631に焦点を当てました。MPSは、PSE、スイッチングコンバータとコントローラ、および絶縁にまたがる堅牢な製品ラインアップで、半導体業界をリードしています。

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