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美信推新USB-C PD方案 減小尺寸/縮短開發時間

美信(Maxim)宣布推出MAX77958 USB-C PD控制器和MAX77962 28W升/降壓充電器,幫助設計者克服USB-C功率傳輸(PD)設計挑戰。隨著可擕式設備中不斷加入5G無線通訊、4K視訊等新的技術,許多設備正在從單電池供電架構轉變為雙電池(2S)供電架構。轉變後的系統要求透過USB-C PD傳送更高的功率,並以更大的功率充電(25W或更高)。 利用此控制器,設計者能擁有開箱即用的USB-C PD相容方案,可以將設計階段縮短3個月,同時利用MAX77962升/降壓充電器將方案尺寸減小一半,非常適合遊戲主機、擴增現實(AR)/虛擬實境(VR)設備、相機、無線揚聲器、可擕式印表機、掌上型電腦,以及工業設備和醫療器材等應用。 MAX77958 USB-C PD系統能夠滿足下一代可擕式消費類產品、工業和醫療設備的要求,但為了符合USB-C規範,需要使用多款器件以及客製化韌體,開發時間可能長達數月。其獨立的控制器提供USB-C PD 3.0相容方案,支援快速角色交換(FRS)和雙角色埠(DRP),可節省設計、開發、測試時間。此控制器整合傳統USB-C控制器中通常沒有具備的功能,例如BC1.2檢測和D+/D-開關,以支援傳統USB埠。為支援高可靠性設計,IC可承受28V VBUS額定電壓,提供CC引腳短路保護、潮濕檢測有助於預防腐蝕。 MAX77962支援新的USB-C PD系統設計,可利用5V至20V輸入電壓對2S Li+電池進行快速充電。其整合高壓FET(30V最大額定電壓),能夠提供28W充電功率,且尺寸只有其他28W充電方案的一半。該升/降壓型充電器可以接受3.5V至23V輸入電壓範圍,支援USB-C PD以及傳統USB電源。
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聯網/供電一兼二顧 PoE設計降耗損迎高功率

乙太網路供電(PoE)經現有乙太網路基礎設施提供靈活、可靠且安全的電源來解決這些問題,且自從2003年由IEEE首次發布以來已取得飛躍性的發展。最新的IEEE 802.3bt批准則使其成為市場上的佼佼者,透過Cat5/Cat6電纜提供10G-BASE-T和60W至90W的功率。 電源功率不斷提升 推進聯網設備規格更新 最初,Type1電源設備或PSE只能提供最高15.4W的功率,Type2增加一倍達到30W。2018年9月發布的Type3和Type4的功率分別達到60W和90W,打開啟用聯網設備世界的大門,這些設備包括無線和蜂巢式基地台、平移傾斜變焦(PZT)和監視器、電視、互動式顯示器和資訊站。單根低壓電纜同時配以專用高速通訊,使布線更少,是物聯網(IoT)和工業物聯網(IIoT)的智慧樓宇維護和安裝的理想選擇。 乙太網路供電是有線通訊和供電系統,使用現有的乙太網路為端點設備供電。在這些系統中,電源設備(PSE)經由八根電線提供電源,這些電線布置成四對雙絞線(Cat5/Cat5e/Cat6/Cat6a)電纜,採用RJ45型連接器連接到受電設備(PD)。PSE向端點提供高達57V的電壓。由於該電壓小於60V,因此符合安全特低電壓指令(SELV),使電氣安全並且不需要有資質的電工或掩埋電纜,進而簡化了安裝和維護流程。該標準將每個埠的功率限制為90W,成為乙太網路電纜傳輸的最大功率。 該標準最初定於2017年發布,在正式發布之前不斷更新,以確保與以前的版本相容。PoE最新規範的更新IEEE 802.3bt導入Type3和Type4電源設備和受電設備。為了提供更高的電流,新標準允許同時使用兩種功率模式(模式A和模式B),通常稱為四對或4PPOE,經由四對而不是Type1和Type2供電。添加的三類,即五至八類,具有改進的相互識別過程和自動分類功能。此更新還帶來更低的待機功耗,並支援10G-BASE-T和PoE。 PoE設計確保設備電源要素 設計受電設備時,要考慮許多功能,包括運作模式、PD檢測和分類。為了避免損壞非PoE的設備,PSE必須在提供電源之前檢測是否已連接受電設備。使用有效特徵檢測PD模式,並在受電設備中使用25kΩ電阻去實施。當PSE提供兩個連續的電壓(V1=2.7V和V2=10.1V)用於電阻檢測時,它記錄電流值,確定PD的存在,然後啟動為設備供電。圖1為啟動期間的電阻檢測階段。 圖1 啟動階段的波形 在分類階段,確定受電設備的最大功率要求。連接到PD的PoE控制器的另一個電阻指示功率範圍。表1顯示單特徵PD的不同類別及其最大平均功率。類別與Type不同,它涉及所連接設備的特定功率。在IEEE 802.3af/at(Type1和Type2設備)中,使用單特徵PD。IEEE 802.3bt添加雙特徵PD,其中每種模式或替代方案(A和B)使用單獨的輸入橋式整流器和PD控制器。 圖3 四對PoE功率傳輸 可選的分類擴展是自動分類。在自動分類中,PSE會測量特定時間段內連接的PD的功耗,進而可以確定PD所需的最大功率。自動分類絕不會使用雙特徵PD來實現。表1及列出新類別和類型在受電設備接收到的功率以及每種類型支援的模式。一旦檢測到受電設備並確定類別,就必須保持電源特徵。對於Type1和Type2設備,所需的最小功率特徵為10mA,工作週期為20%。為使埠保持啟動狀態,浪費至少2.31mA的平均電流。50V時能夠達到115mW,在更大的部署中很快地相加。對於Type3和Type4供電設備,工作週期降低到1.875%,這使得每個設備的功率小於10mW,進而使待機功耗降低90%。在網路上存在大量設備的聯網照明應用中,嚴格要求MPS。即使對無線回傳、Wi-Fi接入點和安防攝影機等始終聯網的設備來說,它雖非關鍵但仍是必需。 三種PoE模式實現穩定電壓輸出 功率分配分為三種模式:模式A、模式B(也稱為替代A和替代B)和四對。對於10BASE-T/100BASE-TX,在模式A下,電源與資料對1-2和3-6同時傳送。模式B由備用對4-5和7-8供電。在1000BASE-T應用(四對)中,模式A和模式B的電力也同時由四對傳輸。使用標準乙太網路變壓器的中心抽頭提取共模電壓,然後DC-DC轉換器為系統提供穩定的輸出電壓。圖2為Type1和Type2應用的模式A和模式B供電,圖3則是Type3和Type4中4對模式的接線。 圖2 模式A和模式B PoE功率傳輸 設計使用PoE的設備時,須考慮互連電纜。乙太網路的電纜長度最大為100m,具有直流電阻,同時會降低電壓並因發熱而耗散功率。5類或Cat5電纜是乙太網網路中使用的雙絞線電纜,用於在PoE網路中供電,支援高達100MHz,適用於10/100/1000BASE-T。類別6或Cat6是對Cat5電纜的改進,並支援高達500MHz,適用於10GBASE-T的乙太網路速度。 一根100m的Cat5電纜直流電阻為12.5Ω;其中Cat6的電纜每100m的直流電阻為7Ω。傳輸損耗隨著差分對中電流的增加而增加。在25W PD的典型輸入電壓為50V的情況下,電流為0.5A。這在Cat5中的傳輸損耗總計為2.5W,在Cat6中的傳輸損耗總計為1.75W,這些損耗因發熱而耗散。對於90W的設備,此傳輸損耗在四對之間共用,每對為930mA,PSE至少為52V。在Cat5中為17.30W,而在Cat6中為2×6.05W,表示Cat5對於任何應用都足夠安全。 MOSFET加強封裝 解決高功率耗損  安裝電纜時應仔細考慮布線,事先斟酌電纜長度和設備電源之間的平衡,以提高效能和降低電纜損壞的風險。受電設備控制器進行轉換,並透過附加的DC-DC轉換器調節PD側的輸入電壓。二極體橋是用於典型PoE設備的一種低成本方案,可以滿足低功率設備所需,但是隨著功率的增加,此方案開始出現問題。在25.5W,最小42.5V的情況下,估計0.6A電流流經二極體橋。每個二極體的正向電壓為0.7V,每個二極體的功率損耗為420mW。在90W的系統之中,現在的電流為3.7A,每個二極體的功率損耗為2.59W。 MOSFET方法比常規二極體橋改善導通損耗和效能。例如安森美半導體(On Semiconductor)的第一代GreenBridge系列整合雙P溝道和雙N溝道MOSFET(FDMQ8203)系列提供緊湊且熱增強的表面貼裝封裝,可以有效解決此問題(圖4)。導通損耗與MOSFET的RDS(ON)值有關。對於25W系統,在N溝道和P溝道MOSFET的RDS(ON)分別為110mΩ和190mΩ的情況下,計算出耗散功率為115mW。這是二極體電橋功耗的四分之一。在90W的示例中,3.7A的導通損耗為354mW,低至二極體方案的13%。節能的幅度看似微小,但是在使用數百個PoE感測器的大樓管理系統中,可以見到顯著的差異(圖5)。 圖4 GreenBridge方案對比二極體橋 圖5 GreenBridge FDMQ8203 Quad MOSFET方案 第二代QuadMOSFET方案(FDMQ8025A)則提供更高的額定功率、高效能的橋式整流器以及必要的門極驅動器,採用與第一代相同的小MPL 4.5×5mm封裝,和更小的RDS(ON),N通道MOSFET僅35mΩ,P通道MOSFET僅76mΩ。 圖6 NCP1095GEVB/NCP1096GEVB評估板 安森美半導體還提供PoE-PD介面控制器,多種設備都可成為相容802.3af/at和-3bt的受電設備。NCP1095和NCP1096介面控制器含在PoE系統中運作所需的所有功能,如浪湧階段的檢測、分類、自動分類和電流限制。兩個控制器採用內/外部傳輸電晶體,支援高達90W的功率,還能指示何時可以實施簡短的維持電源特徵,而附加的輔助電源檢測支援由PoE或牆式插頭供電。此外,NCP1095GEVB和NCP1096GEVB評估板使設計工程師可以快速評估兩個控制器的運作,然後實施有助於設計過程的物理設計,包括GreenBridge2橋式整流器、RJ45連接器和局域網路(LAN)變壓器。 PoE-PD整合促乙太網路供電具競爭力 IEEE 802.3bt乙太網跨供電標準為更多耗電設備打開市場,功耗的增加帶來新的挑戰,若是採用安森美半導體的PoE-PD方案來解決,該方案整合GreenBridge橋式整流器Quad MOSFET和易於實施的PoE-PD控制器。可有效降低新產品的風險並縮短上市時間,使乙太網路供電成為物聯網領域的重要市場競爭優勢。 (本文作者為安森美行銷經理)  
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瑞薩退出LD/PD市場 將盡速關閉滋賀工廠

日前瑞薩電子宣布退出雷射二極體(LD)及光電二極體(PD)的市場,並且關閉位於日本滋賀,屬於子公司Renesas Semiconductor Manufacturing Co.的半導體產線。 圖 瑞薩電子宣布退出雷射二極體及光電二極體的市場。來源:瑞薩 2018年六月瑞薩曾表示將關閉山口工廠及合併部分滋賀工廠的矽製品產線,同時計畫在兩至三年內停止所有的矽製品產能。而目前受到退出LD/PD市場的決策影響,瑞薩將會盡快關閉滋賀工廠。 原先瑞薩認為,在2018年減少生產矽製品的生產線以後,生產規模縮減能夠促進滋賀工廠的產能快速成長,藉此擴張其在LD/PD的市場。然而過去幾年間,產業內競爭激烈,導致現有的產品市占率下滑以及下一代通訊設備的開發延遲,無法獲得預期的收入。因此,即使滋賀工廠已精簡產線,瑞薩也難以持續獲利,加上LD/PD產品的生產與銷售一時無法轉移到瑞薩集團或合作夥伴的其他海外據點。短時間內無法轉移生產地點且不易獲利的情況下,瑞薩決定退出LD/PD市場。
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貿澤開始供應MAX5995B電源管理IC

貿澤電子(Mouser)開始供應Maxim Integrated的MAX5995B電源管理IC(PMIC)。外型小巧的PMIC提供了受電裝置(PD)所需要的完整介面,符合乙太網路供電(PoE)系統的IEEE 802.3af/at/bt標準。 貿澤供應的Maxim MAX5995B PMIC為PD提供了偵測特徵、分級特徵,以及含啟動湧浪電流控制的整合式隔離電源開關。此IC支援IEEE 802.3bt標準中指定的多重事件分級方法,還能提供訊號,用於指示Type 1至Type 4的電源設備 (PSE)的偵測情況。MAX5995B PMIC也提供電力良好(PG)訊號、兩級電流限制和折回控制,以及過熱保護。 裝置具備智慧型維持功率特徵(MPS)功能、超低功率睡眠模式、含寬遲滯的輸入欠壓鎖定(UVLO),以及長消除突波時間,可補償雙絞線電阻壓降,確保開關機狀況轉換時不會有突波。 MAX5995B PMIC提供16接腳、5 mm×5 mm的TQFN功率封裝,作業溫度範圍介於-40~85°C。這款PMIC適合用於VOIP電話、IP安全監控攝影機、無線存取點、微型基地台和超微小基地台、照明和大樓自動化等應用。
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