兼容于標(biāo)準(zhǔn)的受電設(shè)備電源設(shè)計(jì)

1、兼容于IEEE802.3a標(biāo)準(zhǔn)的受電設(shè)備電源設(shè)計(jì)摘要介紹了公司推出的以太網(wǎng)供電系統(tǒng)中的受電設(shè)備電源設(shè)計(jì)方案，該方案符合8023標(biāo)準(zhǔn)。可廣泛用于IP電話、無線接入點(diǎn)和因特網(wǎng)設(shè)備等。關(guān)鍵詞以太網(wǎng)供電；電源供電設(shè)備；受電設(shè)備；8023IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)對以太網(wǎng)供電POE做出了詳盡的規(guī)定，它允許通過以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)提供48V電源，IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)中定義的電源供電設(shè)備PSE是能夠通過1OBASET、100BASET或者1000BASET網(wǎng)絡(luò)提供電源的DTE或者M(jìn)idspan設(shè)備，而IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)中定義的受電設(shè)備PD則是通過網(wǎng)絡(luò)從電源供電設(shè)備PSE取得電源的設(shè)備。IEEE

2、802.3af標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的PSE可以提供約13W功率。從而使小型數(shù)據(jù)設(shè)備可以通過它們的以太網(wǎng)連接獲得電源，而不需要從墻上的交流電源插座獲取電源。這些設(shè)備包括數(shù)字V。IP電話、網(wǎng)絡(luò)無線接入點(diǎn)、因特網(wǎng)設(shè)備、計(jì)算機(jī)電話、安全攝像機(jī)或任何以太網(wǎng)連接的數(shù)據(jù)設(shè)備。IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)的推出，大大擴(kuò)展了以太網(wǎng)的應(yīng)用，同時(shí)也給以太網(wǎng)帶來了巨大的發(fā)展空間。MAX5941的功能MAX5941A/MAX5941B是一款高度集成的電源IC,適用于以太網(wǎng)供電POE系統(tǒng)中的受電設(shè)備PD<MAX5941A/MAX5941B有兩個(gè)功能，一是提供PSE與PD之間的接口，二是通過DCDCPWM控制器實(shí)現(xiàn)48V電源轉(zhuǎn)換

3、以輸出5V或者PD所需要的電壓，輸出電壓可實(shí)現(xiàn)隔離或者非隔離。MAX5941A的最大占空比為85%,可用于反激式轉(zhuǎn)換器。MAX5941B的占空比限制在50%以內(nèi)，主要用于單端正激式轉(zhuǎn)換器中。2IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)的PD接口特性MAX5941的PD接口特性符合IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)，可為PD提供偵測特征信號和分級信號，止匕外，MAX5941還集成了一個(gè)具有可編程浪涌電流控制功能的集成隔離開關(guān)，同時(shí)還具有寬滯回供電模式欠壓鎖定UVLO以及電源好狀態(tài)輸出等功能。在偵測和分級期間，由于集成的MOSFET可提供PD隔離，MAX5941可保證偵測階段的泄漏電流失調(diào)小于10mA。其可編程限流功能可

4、防止上電期間產(chǎn)生很高的浪涌電流。這些器件的UVLO供電模式具有寬滯回和長故障消隱時(shí)間等特性，因而可補(bǔ)償電壓在雙絞電纜上的阻性衰減，并確保系統(tǒng)在偵測、分級和上/掉電諸狀態(tài)間無擾動(dòng)地轉(zhuǎn)換。MAX5941的UVLO門限可調(diào)，并具有一個(gè)兼容于IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)的缺省值。MAX5941可工作于PD前帶有或不帶二級管橋的設(shè)計(jì)中。圖1MAX5941有三種不同的工作模式PD偵測、PD分級和PD供電模式。偵測模式1.4V<VIN<10.1V下，供電設(shè)備PSE將向VIN施加兩種1.4V10.1V范圍內(nèi)的電壓最小步長1V,然后記錄兩個(gè)點(diǎn)的電流值，并由PSE計(jì)算AV/AI,以確認(rèn)25.5kQ特征電

5、阻是否存在。在此模式下，MAX5941內(nèi)部的大部分電路處于關(guān)閉狀態(tài)，失調(diào)電流小于10dA。如果施加在PD上的電壓有可能被顛倒，則需要在輸入端安裝保護(hù)二極管，以免對MAX5941造成內(nèi)部損傷。由于PSE使用斜率技術(shù)AV/AI來計(jì)算特征阻抗，這樣，保護(hù)二極管引起的直流偏差已被扣除，因而不會影響偵測過程。分級模式12.6V20V下，PSE根據(jù)PD所要求的功率對PD進(jìn)行分級。以便PSE高效地管理功率分配。IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)定義了五個(gè)不同的級別。分級電流可由連接在RCL與VEE之間的外部電阻RCL來設(shè)定。PSE通過在PD輸入端施加一個(gè)電壓，以及測量流出PSE的電流來確定PD的分級。當(dāng)PSE施加一

6、個(gè)介于12.6V20V之間的電壓時(shí)。PSE利用分級電流信息區(qū)分PD所需要的功率。分級電流包括25.5kQ偵測特征電阻吸收的電流和MAX5941的電源電流，PD吸收的總電流應(yīng)在IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)要求之內(nèi)。進(jìn)入供電模式后，分級電流將被關(guān)斷。供電模式下，當(dāng)VIN上升至欠壓鎖定門限VUV-LO,ON以上時(shí),MAX5941將逐步開啟內(nèi)部N溝道MOSF£1管、1。圖1是MAX5941的內(nèi)部接口電路框圖。MAX5941用一個(gè)恒流典型值為10心對Q1柵極充電。Q1的漏一柵電容限制了MOSFET漏極電壓的上升速率，因而限制了浪涌電流。為了降低浪涌電流，也可在外部添加漏柵電容。當(dāng)Q1的漏一源電壓

7、降至1.2V以下，且柵一源電壓高于5V時(shí)，MAX5941會發(fā)出電源好信號。由于MAX5941具有較寬的UVLO滯回和關(guān)斷消隱時(shí)間，因而可補(bǔ)償雙絞電纜的高阻抗。3用MAX5941實(shí)現(xiàn)48V電源轉(zhuǎn)換MAX5941是電流模式的PWM控制器，可將48V輸入電源轉(zhuǎn)換成5V電壓輸出，MAX5941用內(nèi)部穩(wěn)壓器取代高功耗的啟動(dòng)電阻，這不但可為MAX5941提供啟動(dòng)所需的電能，還能穩(wěn)定第三偏置繞組的輸出電壓，從而為IC提供穩(wěn)定的工作電源。開始啟動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)器將V+調(diào)整到VCC并為器件提供偏置。啟動(dòng)之后，改由VDD穩(wěn)壓器從第三繞組輸出穩(wěn)定的VCC。此結(jié)構(gòu)只需一只很小的電容即可對第三繞組的輸出進(jìn)行濾波，從而省下了一

8、只濾波電感的成本。在設(shè)計(jì)第三繞組時(shí)，所設(shè)計(jì)的線圈匝數(shù)應(yīng)保證最小反射電壓始終大于12.7Vo而最大反射電壓則必須小于36V。為降低功耗，當(dāng)VDD電壓達(dá)到12.7V后，可以將高壓調(diào)節(jié)器關(guān)掉。這樣可以降低功耗并改善效率。如果VCC降低到欠壓鎖定門限VCC=6.6V以下，低壓調(diào)節(jié)器將被關(guān)閉，電路重新進(jìn)入軟啟動(dòng)。此時(shí)欠壓鎖定狀態(tài)MOSFET驅(qū)動(dòng)器的輸出NDRV保持為低。如果輸入電壓介于1336V之間，只要不超出最大功耗，就可以將V+和VDD連接到線電壓。這樣就可省掉第三繞組。4MAX5941的設(shè)計(jì)實(shí)例MAX5941的一般設(shè)計(jì)步驟如下確定具體需求，設(shè)定輸出電壓，計(jì)算變壓器主、副繞組匝比計(jì)算復(fù)位繞組與主繞組

9、匝比，計(jì)算第三繞組與主繞組匝比|計(jì)算檢流電阻值，計(jì)算輸出電感值，選擇輸出電容。圖2圖2是用MAX5941B設(shè)計(jì)的正激式DC/DC轉(zhuǎn)換器，具體計(jì)算如下1對于30V<VIN067V,VOUT=5V,IOUT=10A,VRIPPLE<50mV的要求。開啟門限應(yīng)設(shè)為38.6V2設(shè)定輸出電壓時(shí)，可根據(jù)下式計(jì)算電阻R1和R2VREF/VOUT=R2/R1+R2式中VREF是并聯(lián)調(diào)節(jié)器的基準(zhǔn)電壓。3根據(jù)最小輸入電壓和MAX5941B的最大占空比下限44%計(jì)算變壓器匝比時(shí)，為了能夠使用漏一源擊穿電壓小于200V的MOSFET,本設(shè)計(jì)選用最大占空比為50%的乂人乂5941Bo然后根據(jù)下式計(jì)算匝數(shù)比N

10、S/NPKOUT+VDlXDMAX/DMAXXVIN_MIN式中NS/NP為匝數(shù)比NS是副繞組匝數(shù)，NP是主繞組匝數(shù)，VOUT為輸出電壓5V,丫01為口1上的壓降功率肖特基二極管典型壓降為0.5V,DMAX為最大工作占空比的最小值44%,VIN_MIN為最小輸入電壓30V,對于本例NS/NPX).395,選擇NP=14時(shí)，NS=6。4較低的復(fù)位繞組匝比NR/NP可確保變壓器中的所有能量在最大占空比下的關(guān)閉周期內(nèi)能夠全部返回V+o可用下式來確定復(fù)位繞組匝比NR<NPXI-DMAX7/DMAX7式中NR/NP為復(fù)位繞組匝比，DMAX，為占空比的最大值50%,計(jì)算NR=14。5選擇第三繞組匝比

11、NT/NP,以使最小輸入電壓能夠在VDD處提供最小工作電壓13V?？刹捎孟率接?jì)算第三繞組匝比NPVDDMIN+0.7/VIN_MIN<NT<NPVDDMAX+O.7/VIIN是最小VDD電源電壓13V,丫口口乂人乂是最大丫口口電源電壓30V,VIN_MIN是最小輸入電壓30V,VIN_MAX是最大輸入電壓本設(shè)計(jì)為67V,NP是主繞組匝數(shù)，NT是第三繞組匝數(shù)可選擇NT=706根據(jù)下式選擇RSENSERSENSEM/NSX1.2乂1。1；11人乂/?式中丫1111是檢流比較器的觸發(fā)門限電壓0.465V,NS/NP是副端匝比本例為5/14,IOUTMAX是最大直流輸出電流本例為10A,RSENSE選90.4nlQ。7選擇電感時(shí)，應(yīng)使電感中的