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

在当今的电子设备领域，以太网供电（PoE）技术凭借其便捷性和高效性，成为了众多设备供电的首选方案。ON Semiconductor推出的NCP1095作为一款PoE - PD接口控制器，为IEEE 802.3af/at和 - 3bt标准的设备供电提供了强大支持。下面就为大家详细介绍这款产品。

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产品概述

NCP1095是ON Semiconductor以太网供电受电设备（PoE - PD）产品家族的一员，它能让基于NCP1095的PD设备成为符合IEEE 802.3af/at和 - 3bt标准的受电设备。该控制器集成了PoE系统运行所需的所有功能，如检测、分类以及浪涌阶段的电流限制等。通过外部通晶体管，它支持高达90W的高功率PoE应用。同时，其电源良好引脚能确保相邻主DC/DC转换器的正确禁用和启用，分类结果引脚则允许根据分配的功率等级（最高Class 8）进行操作。

产品特性

标准兼容性

NCP1095完全支持IEEE 802.3af/at和 - 3bt规范，这使得它能够与各种符合标准的供电设备（PSE）无缝配合，确保设备的通用性和互操作性。

分类功能

它支持多达5事件物理层分类，分配的功率等级最高可达90W，并且支持自动分类（Autoclass）功能。这意味着设备能够根据自身需求和PSE的供电能力，自动选择合适的功率等级，实现高效的功率分配。

电流限制

典型浪涌电流限制为110mA，能有效保护设备免受浪涌电流的冲击，确保设备的稳定运行。

保护功能

具备过流保护和过温保护功能，结温范围为 - 40°C至 + 125°C，能在各种恶劣环境下保证设备的安全性和可靠性。

封装形式

采用16引脚TSSOP封装，具有体积小、集成度高的特点，便于在各种电路板上进行布局。

环保特性

这些设备无铅且符合RoHS标准，体现了ON Semiconductor对环保的重视。

电气特性

检测特性

等效检测电阻Rdetect为23.7 - 26.3kΩ（RDET = 26.1k ± 1%，1V ≤ VPORT ≤ 10.1V），检测偏移电压（IC部分）为0 - 0.2V，确保了检测的准确性。

分类特性

分类电流禁用阈值等参数明确，能根据不同的功率等级进行准确分类，为设备的功率分配提供依据。

RC振荡器特性

在RDET = 26.1kΩ、COSC = 1nF的条件下，振荡频率有明确的参数范围，保证了系统的稳定性。

通开关电流控制状态特性

在不同的负载条件下，通开关的电流控制参数能够确保设备的正常运行，如典型的浪涌电流限制等。

通开关导通状态特性

工作电流、过流检测电压等参数明确，为设备的安全运行提供了保障。

欠压锁定特性

VPP的欠压锁定阈值电压在上升和下降过程中有明确的范围，并且具有一定的滞后特性，确保设备在电压波动时的稳定运行。

应用信息

受电设备接口

NCP1095位于PD接口处，通过以太网电缆与供电设备（PSE）进行交互。它能提供检测签名、分类握手、浪涌电流限制和运行过流保护等功能，确保设备能够安全、稳定地获取电力。

检测过程

在检测阶段，PSE会检查是否存在有效的检测签名。NCP1095通过在COSC和DET引脚之间插入26.1kΩ电阻，向PSE呈现有效的检测签名。当PD电源接口电压在检测范围内时，COSC引脚被拉至VPP，DET引脚被拉至VPN，此时芯片除内部参考、比较器和两个开关外，其余模块均处于掉电状态。当PSE检测到有效签名并准备为PD供电时，COSC和DET开关关闭，以降低PD的电流消耗。

分类过程

PD根据其在运行时所需的最大功率进行分类，IEEE 802.3bt标准支持最高71.3W的PD，并定义了8个功率等级（Class 1 - Class 8）。NCP1095能够根据连接到CLA和CLB引脚的电阻值，确定在分类过程中请求的功率等级。PSE根据自身供电能力生成不同数量的分类标记事件，从而确定PD允许使用的功率。同时，NCP1095能够区分3bt和3af/at兼容的PSE，通过在COSC和VPN之间插入1nF电容实现。分类结果会写入状态输出NCL、NCM和LCF。

浪涌电流限制

当PSE成功将PD分配到特定功率等级后，会提高其电源接口的电压。NCP1095在端口电压超过UVLO_H阈值时进入浪涌电流控制状态，通过操作通开关晶体管在有源区控制端口电容的充电。通过监测外部检测电阻上的电压，NCP1095将浪涌电流限制在PSE浪涌阈值以下。当RTN和VPN之间的电压小于0.8V且栅极电压高于8.5V时，NCP1095退出浪涌电流控制状态，进入正常运行模式。

PGO指示器

在浪涌电流控制状态下，PGO输出被拉低，用于阻止相邻的主DC/DC转换器和VPP与RTN之间的任何重大负载，以减轻通开关在浪涌期间的压力。

系统启动

NCP1095退出浪涌电流控制状态后，PGO输出变为浮空，表明主DC/DC转换器和系统可以启动。请求Class 4或更高功率等级的PD需要考虑可能出现的功率不足情况，并在Class 3功率水平下实现一些基本功能。

NCM和NCL指示器

NCM和NCL输出的状态提供了PSE在分类过程中分配给PD的功率等级信息，对于请求Class 4或更高功率等级的PD尤为重要，因为它们可能会面临功率不足的情况。

LCF指示器

LCF输出的状态提供了PD连接的PSE类型信息，LCF浮空表示PSE符合802.3af/at标准，LCF低电平表示PSE符合802.3bt标准。

保持功率签名（MPS）

PD需要在端口电压超过UVLO_H阈值后保持一定的电流，以让PSE确定其是否仍连接。MPS的电流阈值和时间要求根据PD请求的功率等级和连接的PSE类型而定。

自动分类（Autoclass）

802.3bt标准预见了自动分类这一可选扩展功能，允许3bt认证的PSE更好地在不同PD之间分配功率。当ACS引脚连接到VPN时，自动分类功能禁用；当ACS引脚浮空时，自动分类功能启用，NCP1095会在分类过程中向3bt类型的PSE请求自动分类测量。

峰值功率和瞬态

虽然PoE标准允许PD在短时间内吸取略高的峰值功率，但不建议这样做，最好将额外的余量用于承受PSE侧的电压瞬变。

欠压锁定

如果端口电压低于UVLO_L阈值并持续足够长的时间，NCP1095将进入掉电状态并关闭通开关。当端口电压低于复位阈值Vrst时，NCP1095将重新进入空闲状态，可再次被检测为请求功率的PD。

运行电流保护

在正常运行模式下，NCP1095会监测通开关的电流，提供针对软短路和硬短路的保护。软短路在电流超过短路阈值IOC（典型值6.4A）并经过960s的超时延迟后被检测到，此时通开关将被禁用；硬短路在通开关和检测电阻两端的电压超过VOC（典型值1.2V）时被检测到，通开关将在18s内关闭。

热关断

NCP1095内置热关断功能，当结温过高时，片上传感器会监测温度，一旦超过热关断阈值（TSD_H），所有功能将被禁用，设备进入离线状态，直到结温降至TSD_L以下且端口电压低于复位阈值Vrst。

PoE系统概述

PoE标准区分了四种类型的PSE和四种类型的PD，不同类型的PSE和PD在不同的功率等级下有不同的系统参数要求，如电缆类型、供电对数等。一般来说，在系统中使用Type 3或Type 4的PD或PSE，或者PSE和PD均为Type 2时，需要使用Cat 5电缆；4对供电仅适用于Type 3和4的PSE。

辅助电源

NCP1095支持从备用或本地电源获取电力，适用于连接到非PoE网络的应用，并允许采用具有辅助电源优先级的简化设计。当AUX引脚电压超过AUX_H阈值并持续足够长的时间时，NCP1095将关闭通开关并进入离线状态。

GBR输出

当NCP1095的AUX输入引脚被拉高时，GBR引脚将被拉低，用于禁用GreenBridge输入整流器，确保在使用高电压（>30V）辅助电源时，PD不会向外供电。

双签名PD

IEEE 802.3bt标准引入了双签名PD的概念，它为每个替代模式（A和B）配备了单独的输入桥式整流器和PD控制器。双签名PD的分类电阻值和最大功率与单签名PD有所不同，并且其MPS电流阈值始终为10mA（每对），不支持自动分类功能。

ON Semiconductor的NCP1095以其丰富的功能、高效的性能和可靠的保护机制，为PoE - PD设备的设计提供了一个优秀的解决方案。在实际应用中，电子工程师可以根据具体需求，充分发挥NCP1095的优势，设计出更加稳定、高效的PoE系统。大家在使用过程中有没有遇到过类似产品在实际应用中的挑战呢？欢迎在评论区分享交流。