我們一直在跟蹤 POE 世界中的一個有趣趨勢，對于任何支付電費的人……或認識支付電費的人來說，這應該不足為奇：人們越來越關注產(chǎn)品生命周期內(nèi)的總功耗。
總擁有成本通常被認為是 CAPEX(資本支出......或購買價格)和 OPEX(運營支出......或運行成本)的總和。設計師和硬件開發(fā)經(jīng)理歷來更關注 CAPEX 而不是 OPEX，但現(xiàn)在開始將轉(zhuǎn)向總擁有成本視為判斷解決方案的正確指標。這是來自實際需要付費購買和運行此類設備的最終用戶。
幾年前，當我們開始看到專門為提高效率而重新設計電路板/系統(tǒng)時，電信行業(yè)也開始了類似的轉(zhuǎn)變。在那之前，所有電信板都使用 ORing 二極管來合并高側(cè)和低側(cè)的冗余 -48 V 饋電。當二極管便宜、堅如磐石并且 100% 降額很容易時，使用 FET 和 ORing 控制器被認為風險太大。輸入客戶對更高效率的需求，帶有控制器的 ORing FET 開始出現(xiàn)在許多設計中。現(xiàn)在，它們是常態(tài)。通過這樣一個簡單的改變，效率可以提高 1.5% 的情況并不常見。
今天的例子是以太網(wǎng)供電 (PoE) 解決方案;具體來說，PoE 相機。
現(xiàn)在有許多符合 IEEE 標準的 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全球大多數(shù) IT、安全和基礎設施買家的最佳方式。最吸引人的似乎是擁有成本低，這意味著運營成本低。
數(shù)學非常簡單，即使使用了一些假設。
假設：
1. IP 攝像機的平均壽命為 10 年
2. 普通 IP 攝像機全天候 24 小時供電。
3. IP 攝像機平均每天閑置 22 小時。(輕負載意味著平移、俯仰、變焦電機不運行)
4. 專為實現(xiàn)高輕負載效率而設計的閑置 IP 攝像機的功耗比具有標準輕負載效率的攝像機低 350 mW。
5. 輕負載效率的增量成本為 0.01 美元。(實際上，甚至沒有那么多。)
終身節(jié)省 = 攝像機數(shù)量 x $/kWh x 22 小時/天 x 365 天/年 x 10 年 x 1kW/1000W x (PDIS_NORMAL – PDIS_HIGHEFFICIENCY)
通過上面的等式運行一些數(shù)字，一個擁有 100 個攝像頭的設施以 0.14 美元/kWh 的價格在十年內(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：假設的電力成本是基于相對較低的美國定價。在歐洲，節(jié)省的費用將是原來的 2 到 2.5 倍，而且這些成本只會上升。)
但是 Tex……我的設計如何才能降低 POE OPEX???
一個很好的問題。
TI 最近發(fā)布了兩款POE PD 控制器，專為在非常寬的負載范圍內(nèi)實現(xiàn)高效率而設計。TPS23751 和 TPS23752 在負載下作為標準隔離反激式轉(zhuǎn)換器運行。當負載下降且設備進入空閑狀態(tài)時，三個功能會啟動以降低功耗：
1. 同步整流器 (SR) 關斷。通過讓 FET 執(zhí)行 SR 功能，可以提高正常負載下的效率。在輕負載時，運行 SR 所需的能量大于節(jié)省的能量，使用同步 FET 的體二極管進行整流效率更高。此時關閉 SR 控制并讓 FET 的體二極管完成工作會更有效。SR 關閉時的負載水平可由設計人員編程。
2. 變頻操作 (VFO)。調(diào)整輕負載時的開關頻率。在 VFO 模式下，電感峰值電流固定，CTL 電壓改變開關頻率。這最大限度地減少了輕負載時的開關損耗，從而進一步提高了效率。
3. 睡眠模式(僅限 TPS23752)。睡眠模式會禁用轉(zhuǎn)換器以最大限度地降低功耗，同時仍會生成 IEEE802.3at 所需的維持電源簽名 (MPS)。
TPS23751 是一個整合有以太網(wǎng)供電 (PoE) 受電設備 (PD) 接口和電流模式直流/直流控制器的 16 引腳集成電路， 專門針對 在寬負載范圍內(nèi)要求實現(xiàn)高效率的應用進行了優(yōu)化。
PoE 接口執(zhí)行符合 IEEE 802.3at 標準的類型 2 硬件類別。它還包括一個輔助電源檢測 (APD) 輸入和一個禁用功能 (DEN)。0.5Ω、100V 的導通 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、引導啟動電流源、帶有斜坡補償?shù)碾娏髂Ｊ娇刂啤⑾[和電流限制等特性。通過禁用同步整流并進入可變頻率運行 (VFO) 可提高輕負載時的效率。
TPS23752 是 TPS23751 的 20 引腳擴展版本并具有額外的睡眠模式功能。睡眠模式將會禁用轉(zhuǎn)換器以最大限度地減少功耗，同時仍然生成 IEEE802.3at 所需的維持功率特征 (MPS)。
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