利用USB和PoE为高需求IoT设备供电

USB和以太网等有线数据链路不仅传输数据，还为当今最苛刻IoT端点提供可靠供电。

虽许多IoT设备设计为低功耗紧凑单元靠纽扣电池或电池运行，但频谱现包含智能传感器、数据记录器、楼宇控制器、安防摄像头、众多企业和基础设施应用。

图1. IoT应用扩展至需超越小电池供电能力设备。[来源：Diodes Incorporated]

这些新端点常具强大嵌入式处理器、本地数据处理、或PTZ摄像头等机械子系统，可消耗数瓦特，超小电池容量。单靠电池要么无法满足峰值功率需求、要么需频繁更换，损害可靠性和成本。

部署大电池增加尺寸、重量、BOM。从附近市电取电移除电池但增额外线缆、AC-DC转换、额外复杂性——除非用外置电源适配器，仍增加成本。

集成有线USB或以太网接口让设计师利用内置供电特性。PoE和USB电力传输（USB-PD）同一线缆传输数据和电力，消除电池和市电布线缺点同时保持低压安全。

USB供电规格

普通USB 2.0端口供高达500mA、5V，足够2.5W或以下。USB 3.0提至900mA，最新USB Type-C可在5V输送1.5A或3.0A，达15W。USB-PD协商更高电压——9V、15V（3A）、或20V（5A）——提供高达100W功率。

以太网供电类型

现有以太网基础设施可支持网络任意位置IoT端点作为PoE受电设备（PD），需极少新布线。供电设备（PSE）可以是PoE交换机或集线器，经一或多对数据线注入功率。虽标准100米数据限制适用，PoE延长器可延伸范围。

PoE注入器从非PoE交换机向线缆注入功率，PoE分离器为非PoE端点提取功率。

多代PoE存在，表1总结。Type-1（IEEE 802.3af）支持至15.4W，Type-2（802.3at）至30W，Type-3（802.3bt）至60W，Type-4（802.3bt）至100W。802.3af/at用Cat 5/5e两对，802.3bt需Cat 6全四对，减少线缆损耗实现更高功率传输。

表1: PoE标准。

常规USB 2.0、USB 3.2或USB Type-C端口提供稳定5V直流电源，可直接从连接器专用电源线获取。DC-DC转换器如Diodes Incorporated AP61100 5V、1A降压转换器稳定此电源供IoT端点。

PoE供电系统中，每对线缆需变压器、桥式整流器、PD控制器、DC-DC转换器供电负载。合适DC-DC转换器含Diodes AP62200（18V/2A）和AP63200（32V/2A）同步降压转换器，提供宽输入范围和低导通电阻MOSFET最大化效率。AP62200系列用恒定导通时间控制，AP63200系列采用峰值电流模式控制带集成补偿环路减少外部元件。

必要保护

USB复杂协商协议和功率配置文件让每设备仅汲取所需，优化功率使用。但不同于PoE，USB通电前无握手，使设备暴露于过流、短路等潜在故障。

设计师可用稳健保护器件缓解风险。Diodes AP22811、AP22804、AP22814提供过流、短路、过温保护带自恢复、反向电流/电压保护、3A最大电流额定、50mΩ导通电阻。AP22652/53调整电流限制至2.1A，AP22615（图2）和AP22815提供高达28V过压保护带固定或可调电流限制。

点击查看大图

图2. AP22615为USB供电设备提供集成保护。[来源：Diodes Incorporated]

USB开关还具软启动功能控制输出电压上升时间，保护源和负载，额外安全措施屏蔽电流浪涌。

高功率PoE

门禁控制或高分辨率视频等应用在受限空间运行需大功率。在功率链每阶段选高效元件并利用高密度集成对最优性能和成本至关重要。

Diodes ZXTR2000系列线性稳压器（图3）专为48V直流PoE系统定制。集成晶体管、稳压二极管、电阻于单一封装，减少元件数和板级空间。

图3. XTR200系列为高功率PoE应用提供集成方案。[来源：Diodes Incorporated]

结语

IoT设计师现有强大替代方案摆脱电池或无线供电。利用标准化有线协议——USB和PoE——配合经验证DC-DC转换器、稳压器、保护IC，可满足高性能端点能量需求，同时保持安全、可靠、成本效益。

>> 本文原载姊妹站Power Electronics News。