PoE (パワーオーバーイーサネット) を搭載したMP8030
はじめに
豊富な電子製品により、デスクトップ上はさまざまな電源ケーブルと信号インタフェースケーブルによって雑然となりがちです。PoE (パワー・オーバー・イーサネット) の発展により、複数のワイヤを管理するという課題が解決されました。
PoEとは?
PoEは、既存のイーサネットカテゴリ5ケーブルのインフラを変更することなく、IPベースの端末機器にデータ信号を送信しながらDC電力を供給します (図1参照)。
図1 : 従来のソリューションとPoE
一般的なIP端末には、電話、ルーター、防犯カメラなどがあります。現在の5G小型基地局と多くのIoT端末にはPoE電源が必要です。さらに、一部のアプリケーションでも、PoEオーディオなどのオーディオ信号を、PoEを通じて送信することがあります。
PoE規格の発展
図2は、2003年から2018年までのPoEの進化を示しています。
図2 : PoEの進化
PoEは、2003年に第1世代のIEEE802.3af規格の確立によって電力供給を定義しました。時間の経過とともに、PoE電力は15Wから90Wに増加し、電話から、より高電力のテレビ、IoTデバイス、さらには5G基地局まで、端末機器の拡張を支援してきました。
MP8030によるPoEのトレンド
MP8030は、新世代のPoE電源デバイス (PD) 用のフライバック / フォワードコントローラです。これは、IEEE802.3af / at / bt仕様に準拠しています。
図3は、MP8030の代表的なアプリケーションです。
図3 : MP8030の代表的なアプリケーション回路
MP8030の機能は以下のとおりです。
- 受電機器 (PD) :
- 802.3af / at / bt仕様に準拠
- 51W以下設計用の内部ホットスワップMOSFET
- 51Wを超える設計用GATE1での外部FET
- アダプタ電源用GATE2のNチャネルMOSFETドライバ
- 自動維持電源シグネチャ
- 自動クラシフィケーションをサポート
- DC/DC設計 :
- 柔軟なDC/DCトポロジーをサポート :
- 一次側レギュレーション (PSR) フライバック
- 二次側レギュレーション (SSR) フライバック
- SSRアクティブクランプ・フォワード
- 電流ソース機能 : 2A ゲートドライバ、0.8A SYNCドライバ
- 15msソフトスタート時間 (tSS)
- 伝導エミッション (CE) および放射性エミッション (RE) テスト用にEMIを最適化
MP8030には、設計、性能、および安全性の要件に関して多くのメリットがあります。これについては、以下でさらに詳しく説明します。
簡素化された設計
MP8030は、PDとDC/DCコンバータのbt電力レベルを小さなQFN-32 (5mm x 6mm) パッケージに統合することにより、PCBレイアウトを削減し、PoE受電を選ぶ必要がありません。さらに、端子絶縁ステップダウン回路が動作します。これらの要因により、複雑な後処理の考慮事項を軽減できます。
MPSは、システム要件に応じて、周辺回路と電源のカスタムリファレンスデザインも提供します。
高効率性能
図4は、次のテスト条件下でのMP8030の効率曲線を示したものです。(VIN = 54V、VOUT = 12V、IOUT = 6A。)
図4 : MP8030の効率曲線
MP8030は最大効率93.8％まで達することができます。市場のソリューションは通常、ダイオードです。ただし、ダイオードの電圧降下により、システム効率が低下します。MP8030の内蔵NチャネルMOSFETドライバ (GATE2) は、低オン抵抗 (RDS(ON)) NチャネルMOSFET (Q4) を駆動し、ダイオードに代わって、システム効率の課題に効果的に対処します。
柔軟な絶縁設計オプション
MP8030が同時にサポートできるトポロジーは3つあります。PSRフライバック、SSRフライバック、およびSSRアクティブクランプ・フォワードです。これらのトポロジーは、電圧制御の2つのモードに分けられます (PSRモードとSSRモード)。
PSRモード
フォトカプラを使ったフィードバックを備えた従来のフライバックトポロジーと比較して、PSRモードのMP8030は、二次側の出力ダイオードの導通期間中にFBピンからの補助巻線電圧を検出できます。このモードはフライバックトポロジーをサポートします。
SSRモード
同時に、COMPピンはSSRモードでVOUTフィードバック信号を検出します。MP8030は、COMP電圧がピーク電流を調整している間、省電力モード (PSM) がトリガーされるまで固定周波数を維持します。このモードは、フライバックトポロジーとフォワードトポロジーの両方をサポートします。
優れた熱性能
図5は、MP8030の熱性能です。
図5 : MP8030熱性能
出力電力72Wで、トランスの発熱量が最も高くなります。トランスの最終的な温度上昇は、25.8°C～67.4°Cまでの41°Cです。
EMIコンプライアンス
図6は、MP8030がEMIの伝導エミッション (CE) 試験と放射エミッション (RE) 試験の両方に合格した様子を示しています。
図6 : MP8030のCEおよびREの結果
利用可能なbtソリューションの中で、MP8030は最大71Wをサポート可能で、市場の競合製品を大幅に上回る機能を提供します。図1は、市場でのMP8030とその他のbtソリューションの比較です。
表1 : MP8030と他のbtソリューション
| パラメータ | MP8030 | その他のbtソリューション |
| 統合 | PD + DC/DC | PD + DC/DC |
| 最大電力 | 71W (クラス8) | 51W (クラス6) |
| 検出 | 内蔵 | 外部 |
| ホットスワップMOSFET | 51W用0.35Ω内蔵MOSFET | 51W用0.3Ω内蔵MOSFET |
| 71W用外部MOSFET | 該当なし | |
| アダプタ補助電源用の内蔵MOSFETドライバ | はい | いいえ |
| 自動維持電源シグネチャ特性 | はい | はい |
| 自動電力分類 (AutoClass) | はい | いいえ |
| ゲートドライブのシンク / ソース能力 | 1.7A / 2A | 0.85A / 0.5A |
| 電流サンプリング | 0.16V (低電力損失) | 0.25V (高電力損失) |
| EMIの最適化 | 周波数ジッタリング | 周波数ジッタリング |
| パッケージ | QFN-32 (5mm x 6mm) | VSON-45 (5mm x 7mm) |
結論
本稿では、PoE規格の進化と、IEEE 802.3af / at / bt機能など、MP8030によって提供される機能について説明しました。MP8030は、シンプルな設計、高効率、柔軟な絶縁設計オプション、優れた熱性能、EMコンプライアンスなどの利点を備えた優れたbtソリューションです。
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