一文帶你深入了解POE

Other Parts Discussed in Post： TPS23753A， TLV431

作者：TI 工程師 Iven Su， Max Han

POE （Power Over Ethernet）指的是在現(xiàn)有的以太網(wǎng)Cat.5布線基礎(chǔ)架構(gòu)不作任何改動(dòng)的情況下，在為一些基于IP的終端傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的同時(shí)，還能為此類設(shè)備提供直流供電的技術(shù)。TI公司的TPS23753A是一款集成有POE接口并且內(nèi)置峰值電流模式DC-DC 控制器的PD芯片。它支持IEEE 802.3at的13W， type 1的PD接口標(biāo)準(zhǔn)，適用于VoIP電話、無(wú)線AP等多種PD系統(tǒng)。

圖1：PoE供電方式

IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)中提出了以太網(wǎng)的隔離要求，安規(guī)測(cè)試IEC60950 標(biāo)準(zhǔn)中要求以太網(wǎng)線與任何消費(fèi)者可能接觸處都要實(shí)現(xiàn)隔離。然而在一些實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，不需要實(shí)現(xiàn)電路系統(tǒng)隔離也可以滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的隔離要求，例如使用塑料外殼的低成本路由器和無(wú)IO擴(kuò)展的電子標(biāo)志牌等等。

非隔離拓?fù)洌篎loating Buck

非隔離的Floating Buck拓?fù)涫怯葿uck拓?fù)渥兓脕?lái)。如下圖所示，將傳統(tǒng)Buck電路的開關(guān)管由輸入源電流流出路徑移動(dòng)至返回路徑，使開關(guān)管的源極與輸入源共地。這樣，簡(jiǎn)單的低邊控制器便可以應(yīng)用于此拓?fù)洚?dāng)中。

圖2：Buck變換器（左）和Floating Buck變換器（右）的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

Floating Buck拓?fù)涞妮斎胼敵鲫P(guān)系

Floating Buck拓?fù)涞妮斎胼敵鲫P(guān)系和傳統(tǒng)Buck拓?fù)湟恢?。在穩(wěn)態(tài)條件下，F(xiàn)loating Buck拓?fù)涞妮斎胼敵鲭妷簼M足：

CCM模式：

DCM模式：

其中， 和 分別是變換器的輸入、輸出電壓， 為輸出電感， 為輸出負(fù)載， 為開關(guān)工作頻率， 為開關(guān)波形占空比。

TPS23753A Floating Buck設(shè)計(jì)實(shí)例：

圖3：Floating Buck設(shè)計(jì)實(shí)例電路

由于Floating Buck變換器的負(fù)載與輸入源不供地，因此不能采用常見的非隔離直接反饋方式。本實(shí)例中采用了一種新穎的非隔離方式進(jìn)行反饋補(bǔ)償，如上圖所示，設(shè)計(jì)中使用了一對(duì)PNP三極管，將浮置電路中采樣、比較生成的誤差信號(hào)注入其中一只三極管的基極，將此電壓誤差信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槿龢O管的集電極電流信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)地耦合。同時(shí)，由于三極管處于誤差放大器后級(jí)電路中，其靜態(tài)電流大小不影響對(duì)輸出電壓的直流采樣，因此三極管的溫漂不會(huì)對(duì)輸出電壓精度產(chǎn)生影響。

此外，本設(shè)計(jì)中還包含軟啟動(dòng)電路，此電路的作用是在系統(tǒng)上電時(shí)，通過對(duì)TLV431補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的輸出電壓鉗位，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的軟啟動(dòng)功能。

測(cè)試結(jié)果：

表1：TPS23753A Floating Buck測(cè)試結(jié)果

測(cè)試項(xiàng)測(cè)試結(jié)果

輸出電壓12V

輸出電流1.5A

工作頻率200kHz

輸出電壓動(dòng)態(tài)性能（峰峰值）176mV@12V，0-0.5A，250mA/us

輸出電壓紋波30mV@12V，1.5A

效率90%@12V，1.5A

負(fù)載調(diào)整率0.88%@12V，0-1.5A

穿越頻率14.9kHz

相位裕量83.0°

圖4：Floating Buck實(shí)測(cè)效率曲

圖5：Floating Buck環(huán)路測(cè)試波特圖

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，基于TPS23753A的floating buck電路可以實(shí)現(xiàn)高效率、高精度和低紋波輸出，滿足多種PD設(shè)備的供電系統(tǒng)需求。

編輯：金巧