PoE (パワーオーバーイーサネット) を搭載したMP8030

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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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