ON Semiconductor NCP1095：PoE - PD接口控制器的卓越之選

在當今的電子設備領域，以太網(wǎng)供電（PoE）技術憑借其便捷性和高效性，成為了眾多設備供電的首選方案。ON Semiconductor推出的NCP1095作為一款PoE - PD接口控制器，為IEEE 802.3af/at和 - 3bt標準的設備供電提供了強大支持。下面就為大家詳細介紹這款產(chǎn)品。

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產(chǎn)品概述

NCP1095是ON Semiconductor以太網(wǎng)供電受電設備（PoE - PD）產(chǎn)品家族的一員，它能讓基于NCP1095的PD設備成為符合IEEE 802.3af/at和 - 3bt標準的受電設備。該控制器集成了PoE系統(tǒng)運行所需的所有功能，如檢測、分類以及浪涌階段的電流限制等。通過外部通晶體管，它支持高達90W的高功率PoE應用。同時，其電源良好引腳能確保相鄰主DC/DC轉換器的正確禁用和啟用，分類結果引腳則允許根據(jù)分配的功率等級（最高Class 8）進行操作。

產(chǎn)品特性

標準兼容性

NCP1095完全支持IEEE 802.3af/at和 - 3bt規(guī)范，這使得它能夠與各種符合標準的供電設備（PSE）無縫配合，確保設備的通用性和互操作性。

分類功能

它支持多達5事件物理層分類，分配的功率等級最高可達90W，并且支持自動分類（Autoclass）功能。這意味著設備能夠根據(jù)自身需求和PSE的供電能力，自動選擇合適的功率等級，實現(xiàn)高效的功率分配。

電流限制

典型浪涌電流限制為110mA，能有效保護設備免受浪涌電流的沖擊，確保設備的穩(wěn)定運行。

保護功能

具備過流保護和過溫保護功能，結溫范圍為 - 40°C至 + 125°C，能在各種惡劣環(huán)境下保證設備的安全性和可靠性。

封裝形式

采用16引腳TSSOP封裝，具有體積小、集成度高的特點，便于在各種電路板上進行布局。

環(huán)保特性

這些設備無鉛且符合RoHS標準，體現(xiàn)了ON Semiconductor對環(huán)保的重視。

電氣特性

檢測特性

等效檢測電阻Rdetect為23.7 - 26.3kΩ（RDET = 26.1k ± 1%，1V ≤ VPORT ≤ 10.1V），檢測偏移電壓（IC部分）為0 - 0.2V，確保了檢測的準確性。

分類特性

分類電流禁用閾值等參數(shù)明確，能根據(jù)不同的功率等級進行準確分類，為設備的功率分配提供依據(jù)。

RC振蕩器特性

在RDET = 26.1kΩ、COSC = 1nF的條件下，振蕩頻率有明確的參數(shù)范圍，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

通開關電流控制狀態(tài)特性

在不同的負載條件下，通開關的電流控制參數(shù)能夠確保設備的正常運行，如典型的浪涌電流限制等。

通開關導通狀態(tài)特性

工作電流、過流檢測電壓等參數(shù)明確，為設備的安全運行提供了保障。

欠壓鎖定特性

VPP的欠壓鎖定閾值電壓在上升和下降過程中有明確的范圍，并且具有一定的滯后特性，確保設備在電壓波動時的穩(wěn)定運行。

應用信息

受電設備接口

NCP1095位于PD接口處，通過以太網(wǎng)電纜與供電設備（PSE）進行交互。它能提供檢測簽名、分類握手、浪涌電流限制和運行過流保護等功能，確保設備能夠安全、穩(wěn)定地獲取電力。

檢測過程

在檢測階段，PSE會檢查是否存在有效的檢測簽名。NCP1095通過在COSC和DET引腳之間插入26.1kΩ電阻，向PSE呈現(xiàn)有效的檢測簽名。當PD電源接口電壓在檢測范圍內(nèi)時，COSC引腳被拉至VPP，DET引腳被拉至VPN，此時芯片除內(nèi)部參考、比較器和兩個開關外，其余模塊均處于掉電狀態(tài)。當PSE檢測到有效簽名并準備為PD供電時，COSC和DET開關關閉，以降低PD的電流消耗。

分類過程

PD根據(jù)其在運行時所需的最大功率進行分類，IEEE 802.3bt標準支持最高71.3W的PD，并定義了8個功率等級（Class 1 - Class 8）。NCP1095能夠根據(jù)連接到CLA和CLB引腳的電阻值，確定在分類過程中請求的功率等級。PSE根據(jù)自身供電能力生成不同數(shù)量的分類標記事件，從而確定PD允許使用的功率。同時，NCP1095能夠區(qū)分3bt和3af/at兼容的PSE，通過在COSC和VPN之間插入1nF電容實現(xiàn)。分類結果會寫入狀態(tài)輸出NCL、NCM和LCF。

浪涌電流限制

當PSE成功將PD分配到特定功率等級后，會提高其電源接口的電壓。NCP1095在端口電壓超過UVLO_H閾值時進入浪涌電流控制狀態(tài)，通過操作通開關晶體管在有源區(qū)控制端口電容的充電。通過監(jiān)測外部檢測電阻上的電壓，NCP1095將浪涌電流限制在PSE浪涌閾值以下。當RTN和VPN之間的電壓小于0.8V且柵極電壓高于8.5V時，NCP1095退出浪涌電流控制狀態(tài)，進入正常運行模式。

PGO指示器

在浪涌電流控制狀態(tài)下，PGO輸出被拉低，用于阻止相鄰的主DC/DC轉換器和VPP與RTN之間的任何重大負載，以減輕通開關在浪涌期間的壓力。

系統(tǒng)啟動

NCP1095退出浪涌電流控制狀態(tài)后，PGO輸出變?yōu)楦】?，表明主DC/DC轉換器和系統(tǒng)可以啟動。請求Class 4或更高功率等級的PD需要考慮可能出現(xiàn)的功率不足情況，并在Class 3功率水平下實現(xiàn)一些基本功能。

NCM和NCL指示器

NCM和NCL輸出的狀態(tài)提供了PSE在分類過程中分配給PD的功率等級信息，對于請求Class 4或更高功率等級的PD尤為重要，因為它們可能會面臨功率不足的情況。

LCF指示器

LCF輸出的狀態(tài)提供了PD連接的PSE類型信息，LCF浮空表示PSE符合802.3af/at標準，LCF低電平表示PSE符合802.3bt標準。

保持功率簽名（MPS）

PD需要在端口電壓超過UVLO_H閾值后保持一定的電流，以讓PSE確定其是否仍連接。MPS的電流閾值和時間要求根據(jù)PD請求的功率等級和連接的PSE類型而定。

自動分類（Autoclass）

802.3bt標準預見了自動分類這一可選擴展功能，允許3bt認證的PSE更好地在不同PD之間分配功率。當ACS引腳連接到VPN時，自動分類功能禁用；當ACS引腳浮空時，自動分類功能啟用，NCP1095會在分類過程中向3bt類型的PSE請求自動分類測量。

峰值功率和瞬態(tài)

雖然PoE標準允許PD在短時間內(nèi)吸取略高的峰值功率，但不建議這樣做，最好將額外的余量用于承受PSE側的電壓瞬變。

欠壓鎖定

如果端口電壓低于UVLO_L閾值并持續(xù)足夠長的時間，NCP1095將進入掉電狀態(tài)并關閉通開關。當端口電壓低于復位閾值Vrst時，NCP1095將重新進入空閑狀態(tài)，可再次被檢測為請求功率的PD。

運行電流保護

在正常運行模式下，NCP1095會監(jiān)測通開關的電流，提供針對軟短路和硬短路的保護。軟短路在電流超過短路閾值IOC（典型值6.4A）并經(jīng)過960s的超時延遲后被檢測到，此時通開關將被禁用；硬短路在通開關和檢測電阻兩端的電壓超過VOC（典型值1.2V）時被檢測到，通開關將在18s內(nèi)關閉。

熱關斷

NCP1095內(nèi)置熱關斷功能，當結溫過高時，片上傳感器會監(jiān)測溫度，一旦超過熱關斷閾值（TSD_H），所有功能將被禁用，設備進入離線狀態(tài)，直到結溫降至TSD_L以下且端口電壓低于復位閾值Vrst。

PoE系統(tǒng)概述

PoE標準區(qū)分了四種類型的PSE和四種類型的PD，不同類型的PSE和PD在不同的功率等級下有不同的系統(tǒng)參數(shù)要求，如電纜類型、供電對數(shù)等。一般來說，在系統(tǒng)中使用Type 3或Type 4的PD或PSE，或者PSE和PD均為Type 2時，需要使用Cat 5電纜；4對供電僅適用于Type 3和4的PSE。

輔助電源

NCP1095支持從備用或本地電源獲取電力，適用于連接到非PoE網(wǎng)絡的應用，并允許采用具有輔助電源優(yōu)先級的簡化設計。當AUX引腳電壓超過AUX_H閾值并持續(xù)足夠長的時間時，NCP1095將關閉通開關并進入離線狀態(tài)。

GBR輸出

當NCP1095的AUX輸入引腳被拉高時，GBR引腳將被拉低，用于禁用GreenBridge輸入整流器，確保在使用高電壓（>30V）輔助電源時，PD不會向外供電。

雙簽名PD

IEEE 802.3bt標準引入了雙簽名PD的概念，它為每個替代模式（A和B）配備了單獨的輸入橋式整流器和PD控制器。雙簽名PD的分類電阻值和最大功率與單簽名PD有所不同，并且其MPS電流閾值始終為10mA（每對），不支持自動分類功能。

ON Semiconductor的NCP1095以其豐富的功能、高效的性能和可靠的保護機制，為PoE - PD設備的設計提供了一個優(yōu)秀的解決方案。在實際應用中，電子工程師可以根據(jù)具體需求，充分發(fā)揮NCP1095的優(yōu)勢，設計出更加穩(wěn)定、高效的PoE系統(tǒng)。大家在使用過程中有沒有遇到過類似產(chǎn)品在實際應用中的挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。