超小尺寸 IEEE802.3af PD 解决方案!

PoE 电子产品发展到今天，其功能越来越多，尺寸越来越小，设计越来越简单。如何用最简单的芯片设计出为客户创造最大价值的产品？功能最大化，设计极简化，器件最少化。一款 MPS 公司明星级产品 MP8017 --- 超小尺寸 IEEE802.3af PD 解决方案，带着使命诞生了！

什么是 PoE?

PoE (Power over Ethernet) 是供电设备 (PSE) 通过网线向受电设备 (PD) 供电的一种方式，它相比于传统的适配器供电方式有诸多优势：

• 更少的成本

• 更简易的安装

• 更方便的远程控制

• 更好的兼容性

如下 PoE 的应用结构简图，可以看到 PoE 已经从方方面面融入大家的生活。

随着 PoE 供电的应用越来越广泛，无论是从供电功率上，还是从设备功能复杂度上都有一个质的发展。

MPS 公司多年致力于 PoE 应用的研究，旨在为客户提供更优质的产品，如下奉上 MP8017 的全方位升级秘诀。

首先给大家看一下我司的 MP8017 方案与传统方案的 1:1 对比图，方案尺寸一目了然。

MP8017 是如何做到如此小体积的？

带着问题，且看 MP8017 是如何对 PoE Fly-Back 的6大模块进行一一优化。

图注：PoE fly-back电源的结构框图

全集成芯片方案

当工程师朋友们要想得到一个紧凑的电源方案时，首先应该选择一款全集成的芯片。那么这颗芯片：

• 它包含 PD 和 DCDC 吗？

• 它包含 Hot-Swap 和集成 Power MOSFET 吗？

一款全集成的方案往往可以减少 PCB 空间和缩短设计周期，因为只需要计划和购买更少的器件。

而 MP8017 则是一款全集成的芯片，并且它的封装只有 QFN-19 (3mmX4mm), 在业界是一款超小的封装。

图注：MP8017 QFN-19 (3mmX4mm) 封装

先进的反馈网络

做过 Fly-Back 的工程师朋友可能都知道，一款常规的 Fly-Back 往往需要 TL431 和光耦反馈网络，同时还需要考虑环路补偿和软启电路。随着 Fly-Back 的发展出现了包含辅助绕组的原边反馈方式。

而 MP8017 则用了更为先进的反馈方式，不需要辅助绕组，直接 SW 采样输出电压。如下图所示，这样的反馈方式有诸多优点：

• 更简单的设计电路，包括不需要辅助绕组的变压器；

• 因为没有辅助绕组，得了更少的变压器成本；

• 在同样的磁芯上可以绕更多的功率绕组，使阻抗更小，以达到更高的效率。

图注：MP8017 SW 采样反馈方式。

超小体积的变压器

提到变压器，这可能是整个系统中最贵和体积最大的一个器件了。现在市面上 12W 应用一般采用的都是 EP13 的变压器。

而 MP8017 只需要 EP7 变压器，无论是体积上，还是价格上都有一个大幅度地减小。这主要得益于 MP8017 的两个设计亮点：

• 不需要辅助绕组，以减少变压器的绕组种类；

• 高达 650kHz 的开关频率，以减少变压器绕组圈数。

图注：MP8017 12W 采用 EP7 变压器

最少的输入输出电容

一般的 PoE 产品的频率大都在 250kHz 左右，需要电解电容才能得到较小的纹波。

而 MP8017 的频率高达 650kHz，可以大幅度减少输入输出电容的要求，对于 12W 的应用，两颗 0805 的输出陶瓷电容足矣，并且 MP8017 采用 CCM 控制方式，可以得到更小的电流峰值，减小因 ESR 或者 Layout 电阻造成的纹波。

图注：MP8017 CCM 控制方式

优秀的EMI设计

对于一款 POE 产品来说，过 EMI 标准是一个必选项。但是如何优化 EMI，又是一个大大令人头痛的话题。

一般来说, Fly-Back 需要共模电感才能得到一个比较好的 EMI 效果，但是共模电感是一个又贵又大的器件，如何才能省掉这一器件呢？MP8017 祭出了两大法宝：

• 频率抖动功能；

• 更平滑的SW波形。

图注：MP8017 抖频功能减小 EMI 峰值

图注：MP8017 平滑的 SW 减弱 EMI 干扰源

优化的 Snubber 钳位电路

在 Fly-Back 应用中，一般采用 RCD 作为钳位电路，以减少 SW 的峰值电压和吸收漏感能量，但是这个电路有两个问题：

• SW 会产生如上图所示的谐振，对 EMI 产生不好的影响；

• 漏感能量被消耗掉之后，对系统效率产生影响。

MP8017 采用 Active Clamp 的控制方式完美解决了这两个问题， 结构如下图所示：

图注：MP8017 Active Clamp 钳位电路

结论

综上所述6个大模块，在 MP8017 上一一得到了优化，从而让整个 Fly-Back 电路得到了极大的简化，于是刚刚复杂的框图就简化成了如下图:

图注：MP8017 PoE Fly-Back 结构简图

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