作者：Zach Xia
在Wi-Fi無(wú)線接入點(diǎn)（Access Point），網(wǎng)絡(luò)攝像頭等設(shè)備中，標(biāo)配有PoE供電方式早已成為主流。如何實(shí)現(xiàn)低成本、高可靠性的供電解決方案一直是該類產(chǎn)品的重點(diǎn)方向之一。
如下圖1是非隔離的無(wú)線接入點(diǎn)電源系統(tǒng)示意圖。其中，TPS2378是PoE接口協(xié)議芯片，極限耐壓為100V。緊接著的是用來(lái)做降壓轉(zhuǎn)換的兩級(jí)Buck芯片，如業(yè)界廣泛使用的LMR16020和TPS562208。為了符合雷電浪涌沖擊要求，實(shí)際產(chǎn)品一般在協(xié)議芯片前放置TVS管。
圖1 非隔離型無(wú)線接入點(diǎn)電源系統(tǒng)
PoE協(xié)議規(guī)定的供電電壓最大值為57V，應(yīng)用中多選取工作電壓58V的TVS，如SMAJ58A。從圖2可以看到，雪崩擊穿電壓最大可達(dá)71.2V，超出LMR16020的極限耐壓65V。因此第一級(jí)Buck芯片偶有概率性失效的事件發(fā)生。
圖2 典型TVS參數(shù)
LMR38020是一顆輸入最高工作電壓80V，極限耐壓85V，輸出電流2A且內(nèi)部集成上下管的高壓同步Buck芯片。并且該芯片具有優(yōu)化的啟動(dòng)特性和抖頻選項(xiàng)（Spread spectrum），非常適合于PoE供電方式的受電端，即PD (Powered Device) 端應(yīng)用。如下是LMR38020和LMR16020的對(duì)比。LMR38020的輸入耐壓大于前級(jí)TVS的雪崩擊穿電壓范圍，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。此外，內(nèi)部集成同步整流管在省去外部肖特基二極管的同時(shí)，帶來(lái)電源變換效率的顯著提升。
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LMR16020
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LMR38020
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極限耐壓
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65V
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85V
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外部整流二極管
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需要
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不需要
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效率（輸出12V/2A）
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89.1%
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92.0%
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新的中間電壓等級(jí)可能性
原有電源架構(gòu)下，將PoE輸入電壓變換到12V，再由12V降壓至3.3V和1.8V等負(fù)載點(diǎn)電壓。在第一級(jí)降壓變換采用LMR38020的情況下，考慮將第一級(jí)變換的輸出電壓由12V改為5V，能夠降低整個(gè)系統(tǒng)方案的成本，如下圖3。但是需要考慮最大輸出功率和效率問(wèn)題。
圖3 新的中間電壓方案
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LMR16020
輸出12V
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LMR38020
輸出5V
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最大輸出功率
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24W
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10W
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第一級(jí)效率
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89.1%
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83.9%
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第二級(jí)效率
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88.3%
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93.7%
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整體效率
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78.7%
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78.6%
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從上表可以看到，借助于LMR38020以及高效率5V擋位降壓芯片TPS62A02，新的電源架構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)和原有方案接近的整體效率。值得注意的是，隨著Wi-Fi設(shè)備無(wú)線通訊速率帶寬的不斷提升，10W將無(wú)法滿足未來(lái)的峰值功率需求。后續(xù)TI將會(huì)推出更大電流的高壓Buck解決方案。 |
