通過完整的PD接口和集成式開關(guān)穩(wěn)壓器簡化PoE實施

IEEE 802.3af 以太網(wǎng)供電 （PoE） 是通過 Cat-5 電纜供電的標(biāo)準(zhǔn)，無需插入以太網(wǎng)的設(shè)備使用交流適配器。PoE 系統(tǒng)中的兩個主要組件是供電設(shè)備 （PSE） 和受電設(shè)備 （PD），前者提供電力，后者接收和使用電力。PSE 不會向負(fù)載供電，除非它檢測到有效的特征電阻，這將兼容的 PD 與無法接收電源的設(shè)備區(qū)分開來。PD 獲得電源后，還必須將 –48V PoE 有效地轉(zhuǎn)換為合適的電源電壓。典型的PD設(shè)計采用兩個IC來完成這些任務(wù)。簡化PD設(shè)計的一個明顯方法是將接口和DC-DC轉(zhuǎn)換電路集成到單個器件中。

LTC4267 通過將一個符合 IEEE 802.3af 標(biāo)準(zhǔn)的 PD 接口與一個電流模式開關(guān)穩(wěn)壓器相結(jié)合，減小了 PD 的復(fù)雜性和尺寸。圖 1 顯示了該器件的框圖。LTC4267 包括 25kΩ 特征電阻器、分類電流源、熱過載保護(hù)、特征禁用和一個電源良好信號，以及一個專為與 IEEE 要求的二極管電橋配合使用而優(yōu)化的欠壓閉鎖 （UVLO）。精準(zhǔn)的雙電平電流限制允許 LTC4267 對大負(fù)載電容器充電，并與傳統(tǒng) PoE 系統(tǒng)接口。電流模式開關(guān)穩(wěn)壓器專為驅(qū)動額定電壓為 6V 的 N 溝道 MOSFET 而設(shè)計，具有可編程斜率補償、軟啟動和恒定頻率操作功能，即使在輕負(fù)載條件下也能最大限度地降低噪聲。LTC4267 包括一個內(nèi)置誤差放大器和電壓基準(zhǔn)，因而允許其在隔離和非隔離配置中使用。所有這些功能都集成在一個節(jié)省空間的扁平 16 引腳 SSOP 或 DFN 封裝中。

圖1.LTC4267 框圖。

PD 實施變得簡單

圖2顯示了一個完整的PD檢測和電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用，證明了PD實現(xiàn)是多么簡單。LTC4267 的封裝尺寸是業(yè)界最小的，許多傳統(tǒng)上由外部組件實現(xiàn)的電路都已折疊到該器件中。

圖2.具有 2.3V 隔離電源的 3 類 PD。

在檢測過程中，供電設(shè)備 （PSE） 通過施加兩個電壓、測量相應(yīng)的電流，然后執(zhí)行 ΔV/ΔI 計算來識別是否存在符合 IEEE 802.3af 標(biāo)準(zhǔn)的 PD。一個25kΩ特征電阻向PSE發(fā)出信號，表明存在有效的PD，并準(zhǔn)備接收電源。大多數(shù)局部放電檢測解決方案需要一個或多個外部電阻才能在檢測過程中顯示有效的特征。LTC4267 的優(yōu)點之一是一個內(nèi)部溫度補償型 25kΩ 特征電阻器，該電阻器經(jīng)過精準(zhǔn)修整以考慮輸入二極管電橋和所有并聯(lián)漏電路徑的串聯(lián)電阻。這確保了正確的局部放電檢測，而無需確定外部組件的尺寸。

另一個獨特的功能是簽名禁用功能。當(dāng) SIGDISA 引腳被激活時，LTC4267 提供了一個 9kΩ 電阻，該電阻向 PSE 發(fā)出不為 PD 供電的信號。此功能簡化了與外部電源（如墻上變壓器）的接口。

一旦 PSE 檢測到 LTC4267，PSE 就可以通過檢測一系列負(fù)載電流來對 PD 進(jìn)行分類。LTC4267 提供了一種簡單的 PD 分類方案：PD 設(shè)計人員使用單個 R 來設(shè)置分類負(fù)載電流.CLASS電阻或離開 R.CLASS0 類的引腳打開。在分類期間，LTC4267 從 V波特普通過引腳穿過 RCLASS 電阻器，通知 PSE PD 功率要求。

IEEE 802.3af 規(guī)定分類電壓范圍介于 –15.5V 至 –20.5V 之間。然而，LTC4267 設(shè)計用于在 –15.5V 至 –36V 標(biāo)稱值的 UVLO 導(dǎo)通門限范圍內(nèi)保持分類模式。IEEE 802.3af不需要這種擴(kuò)展的分類范圍，但增加的范圍通過在導(dǎo)通電壓之前保持單調(diào)增加的V-I特性，有助于PSE-PD上電穩(wěn)定性。

LTC4267 提供了一種完整的獨立式雙通道電流保護(hù)，無需任何外部組件。LTC4267 獨特的電流限制方法可確保 PD 與新舊 PSE 的互操作性，并且與競爭產(chǎn)品不同，LTC4267 不依賴于 PSE 來監(jiān)視電流限制。當(dāng) LTC4267 達(dá)到 UVLO 導(dǎo)通電壓并準(zhǔn)備提供電源時，LTC4267 將浪涌電流限制在 140mA 標(biāo)稱值，直到負(fù)載電容器 （CLOAD在圖2中）充電至最終值的1.5V以內(nèi)。一旦達(dá)到此電壓門限，限流門限將切換至375mA標(biāo)稱電流，用于PD操作的其余部分。雙電平電流限制允許電流源能力有限的傳統(tǒng) PSE 為 PD 供電，同時允許 PD 最大限度地提高符合 IEEE 802.3af 標(biāo)準(zhǔn)的 PSE 的功率利用率。通過在 PD 上電后保持一個 375mA 的電流限值，LTC4267 使 PD 不依賴于 PSE 來實現(xiàn)電流限制，并避免了可能的互操作性問題。這些限流功能由板載 100V、400mA N 溝道功率 MOSFET 和內(nèi)部檢測電阻器控制。

LTC4267 在負(fù)載電容器 （CLOAD在圖2）中充電至最終值的1.5V以內(nèi)。電源良好信號可用于向開關(guān)穩(wěn)壓器發(fā)出信號，表明 PD 接口已為負(fù)載電容器充電并準(zhǔn)備通電。電源良好電路中包括一個 3V 遲滯，因而允許 LTC4267 在電流限制點附近工作，而不會無意中呈現(xiàn)一個無效的電源就緒。

熱停機(jī)電路監(jiān)視管芯溫度，作為自保護(hù) LTC4267 和其他電子電路免受過流或過熱情況影響的額外手段。如果此類事件發(fā)生在分類序列（PSE 探測超過 IEEE 規(guī)定的最大值 75ms）或正常 PD 操作（多次接通事件）中，則熱停機(jī)電路通過斷開輸出負(fù)載的電源并禁用分類電流來保護(hù) LTC4267，直到芯片恢復(fù)到安全的工作溫度。

在最簡單的情況下，可通過 VPORTP 和 PVCC 之間的壓降電阻器為 LTC4267 開關(guān)穩(wěn)壓器供電。一個內(nèi)部并聯(lián)穩(wěn)壓器將電源維持在 9.4V，提供柵極驅(qū)動所需的電壓。LTC4267 還可采用一個前置穩(wěn)壓器和 / 或一個反激式變壓器上的一個單獨的偏置繞組來供電。這些方法中的每一種都提高了效率。在使用反激式方法時，并聯(lián)穩(wěn)壓器尤為重要，因為它還具有保護(hù) LTC4267 PVCC 引腳免受過大電壓影響的重要功能。

LTC?4267 開關(guān)穩(wěn)壓器具有兩種在初始上電序列期間啟用操作的方法。PVCC引腳包括一個帶遲滯的UVLO電路，ITH/RUN引腳用作內(nèi)部誤差放大器的使能和補償點。接口電路為負(fù)載電容器充電后，利用 ITH/RUN 和 PVCC 引腳使能開關(guān)穩(wěn)壓器操作。請注意，必須使能兩個引腳才能開始操作。通過將 PVCC 引腳拉至 UVLO 關(guān)斷門限以下或?qū)?ITH/RUN 引腳拉至 0.28V 標(biāo)稱閾值以下，可以禁用開關(guān)穩(wěn)壓器。

在PD接口電路和開關(guān)穩(wěn)壓器之間實現(xiàn)魯棒的上電序列對于成功的PD應(yīng)用至關(guān)重要。電源良好信號表示負(fù)載電容器已充電，該信號可用于使能開關(guān)穩(wěn)壓器。由PWRGD驅(qū)動的N溝道晶體管可用于通過箝位P來禁用開關(guān)穩(wěn)壓器可變資本公司或我千/運行引腳。禁用開關(guān)穩(wěn)壓器直到負(fù)載電容充電也可以通過在P上設(shè)置RC延遲來實現(xiàn)。可變資本公司引腳如圖2所示。LTC4267 的靈活性使 PD 設(shè)計人員能夠自由地以多種方式實施一個受控的上電序列。

LTC4267 具有一種軟起動功能，該功能可在 ITH/RUN 引腳松開后提供額外的 1.4ms 延遲。軟啟動功能可降低開關(guān)穩(wěn)壓器浪涌電流并減少輸出過沖。與競爭產(chǎn)品不同，編程此延遲沒有最小外部電容要求。設(shè)計人員可以選擇通過在 ITH/RUN 和 PGND 引腳之間使用一個外部電容器來提供額外的軟啟動延遲。

LTC4267 中集成了一個具有一個精準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)的內(nèi)部誤差放大器。此功能在非隔離電源應(yīng)用中特別理想，因為PD設(shè)計人員不需要添加外部放大器或基準(zhǔn)電壓源。內(nèi)部精密基準(zhǔn)在 1oC 至 5oC 溫度范圍內(nèi)提供 ±0.70% 以內(nèi)的輸出電壓精度。對于隔離式電源應(yīng)用，通過將VFB引腳連接到PGND，并將外部誤差放大器和光隔離器連接到I，可以禁用內(nèi)部誤差放大器和基準(zhǔn)電壓源千/運行引腳。圖 2 示出了使用一個外部放大器的隔離式電源示例，圖 3 示出了使用 LTC4267 內(nèi)部誤差放大器的非隔離電源。

圖3.3 類 PD，帶 5V 非隔離電源。

斜率補償對于穩(wěn)定控制環(huán)路以免受次諧波振蕩至關(guān)重要，LTC4267 通過在 LTC4267 的檢測電阻器和 SENSE 引腳之間包含一個可選電阻器來提供斜率補償。SENSE 引腳監(jiān)視檢測電阻兩端的電壓。它還通過斜率補償電阻提供 5μA 電流，從而將 SENSE 引腳電壓提高到檢測電阻器電壓以上。這反過來又修改了開關(guān)穩(wěn)壓器的占空比，防止了次諧波振蕩。

結(jié)論

LTC?4267 是一款獨立的以太網(wǎng)供電 PD 接口，其結(jié)合了 802.3af PD 分類和一個開關(guān)穩(wěn)壓器。它集成了許多傳統(tǒng)上由單獨組件實現(xiàn)的功能，但它保留了外部組件提供的靈活性。結(jié)果是一個緊湊，易于使用但多功能的設(shè)備。

審核編輯：郭婷