15WDC／DC電源變換器模塊 - 單片機電源模塊的設計分析

?2??? 帶以太網接口的15WDC／DC電源變換器模塊
2.1??? 以太網電源的性能特點
　　以太網（EthernetNetwork）是目前最常用的一種局域網。以太網電源簡稱POE（Power Over Ethernet），它僅通過一根以太網電纜即可同時為用戶提供數據和供電電源，不需要再另外布線。以太網電源中的電源裝置簡稱為PD，它具有以下特點：
　　——能提供PD檢測與分類信號；
　　——能提供到DC／DC電源變換器的軟啟動接口；
　　——具有過電流保護、過電壓保護、過熱保護等功能。
　　根據POE規(guī)范，PD應具有以下3個基本功能。
　　1）能識別信號阻抗??? 當一個輸入電壓加到PD時，它必須在規(guī)定電壓范圍內呈現(xiàn)正確的識別信號阻抗。當某個以太網設備請求供電時，首先給以太網發(fā)出2.5～10V的電壓信號，有效的PD檢測到此電壓信號后，就將一個23.75～26.25kΩ的電阻置于供電回路上，電流會隨輸入電壓而變化；通過檢測該電流確認在以太網電纜終端有一個有效的以太網設備需要供電。如放置的電阻值在12～23.75kΩ或在26.25～45kΩ范圍內，則認為該以太網設備有效但不需要供電。其他范圍的電阻值則意味著所檢測到的以太網設備無效。
　　2）類型??? PD有不同的類型，每種類型對應于一定的電流。例如，“0”類PD的電流為0.5～4mA。當PD檢測有效信號之后，就對PD進行分類。具體方法是將送到網絡鏈路上的電壓升高到15.5～20.5V，使PD獲得一個固定的電流，再根據電流范圍完成PD分類。
　　3）開關連接??? 連接以太網電源的開關主要有兩種，一種是雙極型晶體管開關，其電源效率較高，成本較低；另一種為MOSFET開關，其電源效率極高（可接近于100％）。
　　下面介紹一種帶以太網接口電路的同步整流式15WDC／DC電源變換器模塊，可廣泛用于網絡及通信設備中。
2.2??? 15W以太網電源模塊的電路設計
　　由雙極型開關管和DPA424P構成15WPOE模塊的內部電路如圖3所示。該電源由兩部分組成，即以太網接口電路（電路中用虛線框表示）和DC／DC電源變換器。模塊中包含POE識別信號阻抗（24.9kΩ，直流2.5～10V）、“0類”類型電路（0.5～4mA，直流15～20V）。采用雙極型晶體管開關或MOSFET開關時，POE接口的效率分別為η≥87％或η≥97％。

2.2.1??? 以太網電源接口電路的工作原理
　　該以太網電源接口電路的工作過程可分為三個階段：在第一階段，當輸入電壓加到PD時，它必須在直流2.5～10V的電壓范圍內呈現(xiàn)正確的識別信號阻抗，電阻R13（24.9kΩ）可提供這個阻抗；在第二階段，當直流輸入電壓為15～20V時，PD用一個規(guī)定的電流來識別裝置類型，例如“0類”電流范圍是0.5mA～4mA，這也由R13來完成；在第三階段，通過雙極型開關管（VT）將輸入電壓接到DC／DC電源變換器上，該電源變換器允許輸入超過30V（28V＋UR14）的直流電壓。此時穩(wěn)壓管VDZ1被反向擊穿，通過R14給VT提供基極電流。R15的作用是防止在其他條件下開啟電源。一旦開啟電源，輔助繞組輸出的高頻電壓信號就經過耦合電容C3、整流管VD2和限流電阻R16來提高VT的直流偏壓，使基極電流增大。在負半周時VD1導通，可確保加到基極上的偏壓總為正壓。
　　如圖4所示為使用MOSFET（V3）的開關電路。VDZ4及VDZ5分別采用28V及15V穩(wěn)壓管。當輸入電壓超過28V時VDZ4被反向擊穿，使V3導通，將電源開啟。當輸入電壓超過43V時VDZ5也被反向擊穿，能限制V3的柵－源電壓，起到保護作用。R15能防止V3被誤導通。該以太網電源模塊的識別信號阻抗與輸入電壓的關系曲線如圖5所示，識別電壓范圍是2.5～10V。

?

2.2.2??? 15WDC／DC電源變換器的工作原理
　　DC／DC電源變換器的主要性能指標如下：
　　1）采用DPA424P型單片開關式穩(wěn)壓器，構成正激、隔離式、3路輸出的DC／DC電源變換器模塊。直流輸入電壓范圍是36～75V，3路輸出分別為5V／2.4A、7.5V／0.4A和20V／10mA，總輸出功率為15.2W，開關頻率為400kHz；
　　2）多路輸出，穩(wěn)壓性能好，在最壞的情況下，各路輸出的負載調整率指標見表1，
　

　表1??? 各路輸出的負載調整率指標

???