■滋一0…一以太網(wǎng)供電參考設(shè)計幾乎所有商業(yè)大廈都會鋪設(shè)cAT一5電纜,其主要應(yīng)用為10/100Mb/s以太網(wǎng)。根據(jù)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn),四對雙絞線纜中只有兩對用于數(shù)據(jù)傳送,另外兩對則未被使用。采用以太網(wǎng)供電(PoweroverEmemet;PoE結(jié)構(gòu),即IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn),電源可以施加到未被使用的線對上。雖然PoE技術(shù)也可用于運載數(shù)據(jù)的線對,但本文將集中討論利用未被使用線對的方法。一般終端設(shè)備都可從這項技術(shù)中獲益,包括無線寬帶路由器和IP電話,而報警系統(tǒng)、恒溫器及標(biāo)記閱讀器等設(shè)備也可受益于PoE。PoE的設(shè)計正日漸增多。其原理是在未被使用的線對上施加48V電壓,并向接收數(shù)據(jù)信號的單元提供全部功率。本文將討論在供電設(shè)備(PsE的接收端設(shè)計一種為供電裝置(PD而設(shè)的輸入控制電路,以及包括Dc/Dc切換轉(zhuǎn)換器的參考設(shè)計,將48V電壓調(diào)低至Ic適用水平?！鯢airch¨d公司EdSuckowPhjIipZuk檢測算法當(dāng)為CAT一5電纜提供48V電壓時,假如接收設(shè)備不支持PoE便會出現(xiàn)問題,PSE將率先啟動檢測算法,發(fā)出介于2.8V至10V之間的感測信號,并監(jiān)測電流。PD輸入電路的輸入信號電阻Rs的范圍必須在能夠繼續(xù)進(jìn)行驗證操作。PsE也可能需要一個并聯(lián)電容,這會在以下的PD輸入設(shè)計部分討論。之后,PsE會進(jìn)行選擇性的功率分類操作,以便設(shè)置可從線路獲得最大功率量。通過將電壓快速升高至15.5V￣20.5V的水平,并測量吸收的電流,PsE可將PD分為四個類別。PsE實際發(fā)出的電平會隨設(shè)備單元而變化,而某些設(shè)備在電流分類時僅輸出8V電壓。在達(dá)到信號電阻和電流分類規(guī)格之后,PsE會快速升至48V的標(biāo)稱PoE電壓。但必須注意幾個因素,如過沖電流限制、過壓保護(hù)以及欠壓鎖定。962∞t5電子設(shè)計應(yīng)用’.,’.,M伽Mc刪.cn使用分立元件的PD輸入設(shè)計這里所講的PsE算法只涉及全部PoE性能的極少部分。下面的示例是使用幾個分立元件的PD輸入電路參考設(shè)計。圖1描述了PD輸入的基本流程。從左邊開始,需要提供尖峰電壓保護(hù),以避免損壞連接的MosFET或Dc/Dc轉(zhuǎn)換器輸入。由于可使用300英尺以上的介質(zhì)和磁性隔離單元將PsE和PD分隔開來,因此過多電壓瞬變現(xiàn)象出現(xiàn)的機會很大。一種保護(hù)方法是使用瞬態(tài)電壓抑制器(TVs將尖峰信號鉗位在預(yù)定的電平上。另外,為了防止48V電路的極性錯接,可使用反向二極管將電流吸收回電源中。如前所述,必須有合適的信號阻抗提供給PsE。在這個設(shè)計中,25KQ電阻器跨接在48V電路上,并存在于整個功率序列中。如果通過這個電阻器的2mA電流是強調(diào)功率應(yīng)用效率設(shè)備的主要功耗源頭,便需在設(shè)計中加入額外的檢測晶體管,以便在PD檢測完成后將信號電阻器從功率環(huán)路中移去。在電流分類階段保留25kQ電阻器具有雙重作用,可以幫助PsE確定全功率。某些PsE單元在為PD提供48V。,之前,會搜索超過一個的有萬方數(shù)據(jù)效信號電阻器。這些PsE單元可能需要少量的電容,與25kQ電阻器平行放置。圖1中PD原理圖所示的典型值為O.1肛。這個電容器同時用于PD檢測和旁路保護(hù),能夠吸收由帶電插入操作引起的高頻瞬流。本示例使用的MosFET用于欠壓鎖定(UVLo,其規(guī)格應(yīng)依據(jù)總體功耗來確定。對于負(fù)載較輕的和對成本敏感的應(yīng)用中,可采用1.25A、60VMoSFET-FDD5618P。而15A、60VMoSFET—FDD5614P則適用于重型的負(fù)載應(yīng)用,同時需要維持低器件溫度。該MosFET的柵極通過專用齊納二級管連接至PsE輸出電平,在達(dá)到預(yù)定條件之前,它不會連接PSE和Dc/Dc轉(zhuǎn)換器之間的節(jié)點。PDDC/DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計在為負(fù)載Ic供電之前,負(fù)載Ic可以是IP電話或無線寬帶路由器,48VDc輸入必須逐步降低至更有用的水平。在這種情況下應(yīng)使用開關(guān)電源以維持足夠的效率。下面要討論的參考設(shè)計中的回掃式轉(zhuǎn)換器就是用來將輸入電壓降低至5V。對PoE而言,Dc/Dc轉(zhuǎn)換器的主要規(guī)格指標(biāo)是過沖電流限制。如果轉(zhuǎn)換器的輸入電容大于180“F,而且PsE不支持內(nèi)部電流限制,則PD輸入電路必須進(jìn)行過沖電流限制。在這個設(shè)計中,Dc/Dc轉(zhuǎn)換器的輸入電容處于規(guī)范之內(nèi),所以無需附加電流限制。假如輸入電容超過180uF,就可通過增加有源的電流限制電路來限制過沖電流。這個示例具有許多不同的選擇,但幾乎所有PsE單元均可根據(jù)PsE轉(zhuǎn)換器規(guī)格來啟動電流限制。PoE電源設(shè)計具有30V07V的輸入電流范圍(應(yīng)用的典型值為48V,以及最大輸出電流額定值為3A的5V輸出(15w。使用回掃式拓樸的目的是將總體設(shè)計成本降到最低,并能夠?qū)崿F(xiàn)70%~80%的總體額定效率。圖2所示為回掃式電源設(shè)計原理圖。初級電路下面討論電源原理圖(見圖2,但不包括變壓器磁性元件。輸入電容為輸入電壓的兩倍。其中,為了計算緩沖電阻的阻值,須首先確定初始峰值電流。初始峰值電流也有助于確定緩沖電阻(R。,的最大額定功率。初始峰值電流可利用最差的條件參數(shù)來計算,即當(dāng)內(nèi)部SenseFET導(dǎo)通時間達(dá)到最大值時,可從主線路上吸取的最大電流量(當(dāng)V。=30V。.[ViIlmi由?Ton(m砷]1peal【0加ma呦2——1———一Lprimary(1在Ac/Dc電源中,使用輸人濾一旦知道初始峰值電流,便可波器電容可減少全波整流電路的電計算出緩沖電阻器R。的數(shù)值,如方壓紋波。在DC/Dc轉(zhuǎn)換器中,.輸入程式2所示。墨萎蓑●莖圣墨耋喜喜耄蘭妻鐾軍R。岫婦:[i』!!!三二(::二:!二置塑]壓變化,甚至在主電路電壓完全中。lI百JJ斷時維持輸入電壓。舉例說,如果【~eal((呻m瑚廠‘11pimary。Fpwm初級電路需要一定的保持時間(無(2輸入電壓,c,需達(dá)到數(shù)百或數(shù)千法為了獲得尺寸合適的電阻器,拉,在這情況下,可使用47uF電容必須計算它在PwM控制器停用時在PoE輸入電路中除去所有瞬壓變所需處理的功率(如3式?；?。(Vsm坳2緩沖器電路Pr‘8nubber2i≤::毒(3為了保護(hù)PwM控制器(Ic,的緩沖電容器應(yīng)具有低有效串聯(lián)內(nèi)部senseFET(源一漏極最大額定電阻(ESR,如陶瓷電容器,以便電壓為200V,將緩沖器電路設(shè)計將尖峰電壓降至最小。尉Pc加以記D囂咖&鉚拋口砌以肋觸M‰fE跆c加以記s硼跏口97萬方數(shù)據(jù)振鈴電路振鈴電路(C.。和R,,也很重要,它能在senseFET釋放至電源輸入電壓時,減少變壓器初級的振鈴現(xiàn)象。當(dāng)次級電流在不連續(xù)模式下降至零時,這兩種元件有助于消除初級的振鈴現(xiàn)象。典型值為R=300Q~l500Q,及C=500pF^5000pF。啟動電路輸入電壓電容器(C.規(guī)格必需配合,以執(zhí)行精確的工作。在軟啟動期間,Vcc電容器(c。由Dc線路的60“A(典型值啟動電流,通過R,進(jìn)行充電,而Vcc電容器通過10mAIC工作電流和MoSFET柵極驅(qū)動電流(Q。×fs。進(jìn)行放電。電荷Q.會隨著MosFET的漏一源極電壓而增加,因此,當(dāng)輸入電路電壓達(dá)到最高時,驅(qū)動電流也最大。在軟啟動期間,轉(zhuǎn)換器輸出電壓非常低,所以從Vcc繞組向Vcc電容器提供的電流也很低。Vcc電容器必須足夠大,足以在軟啟動期間提供充足的電流進(jìn)行啟動。次級電路輸出整流二極管為了確定整流二極管,首先需要確定I叫。。。岫,,可通過(4式計算得出。選用二極管來輸送比I……。。,多20%的電流已足夠。r。啦。ona哪,=kf輸出電容當(dāng)確定輸出電容時,應(yīng)考慮電容器的EsR。范圍在100~10000妒的電容器具有合適的ESR,足以控制紋波電流。而且,當(dāng)頻率高于10KHz時,電容器的總體阻抗幾近與其ESR相等。隨著電容器電壓額定值的增加,其EsR將會因為電容器的物理尺寸增加而減小。為了減少EsR,許多設(shè)計人員會使用并聯(lián)電容器。為了確定維持設(shè)計輸出所需的輸出電容,必須確定可接受的輸出紋波電壓。V畔汛k[,+黜](5在本設(shè)計中,V。設(shè)定為輸出電壓的1%,即50mV。在確定紋波電壓后,可確定輸出電容器和P。。輸出電容還必須能夠處理總體ESR產(chǎn)生的V…紋波電流。為了確定這個數(shù)值,必須計算功率耗散。在本PoE設(shè)計中,兩個330雎F電容器會使ESR降低一半。輸出濾波器添加低通Lc濾波器,可除去輸出電壓所有高頻噪聲。在設(shè)計濾波器時,采用PwM開關(guān)頻率的lO%作為濾波器的關(guān)斷頻率或3dB點。反饋電路反饋電路需要用來在負(fù)載變化時維持穩(wěn)定的輸出電壓。隨著電源輸出負(fù)載的增加,需要更多的電流,導(dǎo)致輸出電壓開始減少。當(dāng)這種現(xiàn)象發(fā)生時,電壓基準(zhǔn)器件(u.的引腳1上的參考電壓將減小。為了對抗衰減,電壓基準(zhǔn)將努力導(dǎo)通(通過引腳3吸取更多電流。光耦合器裝置(u。內(nèi)的LED器件將向同一封裝內(nèi)的光敏晶體管傳送更多的光信號,從而通過PwM控制器的反饋引腳吸收更多電流。反饋引腳一旦進(jìn)行調(diào)整,FS6x1220RT便開始調(diào)節(jié)內(nèi)部SenseFET的“導(dǎo)通”和“關(guān)斷”時間。在施加更大負(fù)載的情況下,內(nèi)部SenseFET將延長導(dǎo)通時間,以便為次級提供更多能量。一泰科電子看好中國市場隨著接到公共電網(wǎng)的電子功率轉(zhuǎn)換器應(yīng)用的不斷增長,對功率因數(shù)校正(PFC產(chǎn)生了新的需求。為此,泰科電子推出的一款PFC—IPM,提供了最大可達(dá)1kW的完整解決方案。這種智能電力模塊可降低輸入電流上的紋波,功率因數(shù)大于0.99。本方案由一個輸入起動開關(guān)電路來限制輸入電流并對連接到輸出端的設(shè)備有短路保護(hù)。開關(guān)電路采用升982D似5電子設(shè)計應(yīng)用w’.,砒P口砒cDm.c以壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),配有半可控輸入整流器。同時,泰科電子能源部還推出CromptonInstruments高品質(zhì)發(fā)電機控制儀,以及一系列其它產(chǎn)品,包括集成式電源計量系統(tǒng),集測量、保護(hù)、控制于一體的‘一