IEEE 802.3af 以太網(wǎng)供電 （PoE） 是通過(guò) Cat-5 電纜供電的標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)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(gè)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(huì)向負(fù)載供電，除非它檢測(cè)到有效的特征電阻，這將兼容的 PD 與無(wú)法接收電源的設(shè)備區(qū)分開(kāi)來(lái)。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(jì)采用兩個(gè)IC來(lái)完成這些任務(wù)。簡(jiǎn)化PD設(shè)計(jì)的一個(gè)明顯方法是將接口和DC-DC轉(zhuǎn)換電路集成到單個(gè)器件中。

LTC4267 通過(guò)將一個(gè)符合 IEEE 802.3af 標(biāo)準(zhǔn)的 PD 接口與一個(gè)電流模式開(kāi)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(lèi)電流源、熱過(guò)載保護(hù)、特征禁用和一個(gè)電源良好信號(hào)，以及一個(gè)專(zhuān)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(duì)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(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器專(zhuān)為驅(qū)動(dòng)額定電壓為 6V 的 N 溝道 MOSFET 而設(shè)計(jì)，具有可編程斜率補(bǔ)償、軟啟動(dòng)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(gè)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(gè)節(jié)省空間的扁平 16 引腳 SSOP 或 DFN 封裝中。

圖1.LTC4267 框圖。

PD 實(shí)施變得簡(jiǎn)單

圖2顯示了一個(gè)完整的PD檢測(cè)和電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用，證明了PD實(shí)現(xiàn)是多么簡(jiǎn)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(shí)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(lèi) PD。

在檢測(cè)過(guò)程中，供電設(shè)備 （PSE） 通過(guò)施加兩個(gè)電壓、測(cè)量相應(yīng)的電流，然后執(zhí)行 ΔV/ΔI 計(jì)算來(lái)識(shí)別是否存在符合 IEEE 802.3af 標(biāo)準(zhǔn)的 PD。一個(gè)25kΩ特征電阻向PSE發(fā)出信號(hào)，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(cè)解決方案需要一個(gè)或多個(gè)外部電阻才能在檢測(cè)過(guò)程中顯示有效的特征。LTC4267 的優(yōu)點(diǎn)之一是一個(gè)內(nèi)部溫度補(bǔ)償型 25kΩ 特征電阻器，該電阻器經(jīng)過(guò)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(cè)，而無(wú)需確定外部組件的尺寸。

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

一旦 PSE 檢測(cè)到 LTC4267，PSE 就可以通過(guò)檢測(cè)一系列負(fù)載電流來(lái)對(duì) PD 進(jìn)行分類(lèi)。LTC4267 提供了一種簡(jiǎn)單的 PD 分類(lèi)方案：PD 設(shè)計(jì)人員使用單個(gè) R 來(lái)設(shè)置分類(lèi)負(fù)載電流.CLASS電阻或離開(kāi) R.CLASS0 類(lèi)的引腳打開(kāi)。在分類(lèi)期間，LTC4267 從 V波特普通過(guò)引腳穿過(guò) RCLASS 電阻器，通知 PSE PD 功率要求。

IEEE 802.3af 規(guī)定分類(lèi)電壓范圍介于 –15.5V 至 –20.5V 之間。然而，LTC4267 設(shè)計(jì)用于在 –15.5V 至 –36V 標(biāo)稱(chēng)值的 UVLO 導(dǎo)通門(mén)限范圍內(nèi)保持分類(lèi)模式。IEEE 802.3af不需要這種擴(kuò)展的分類(lèi)范圍，但增加的范圍通過(guò)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(dú)立式雙通道電流保護(hù)，無(wú)需任何外部組件。LTC4267 獨(dú)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(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品不同，LTC4267 不依賴(lài)于 PSE 來(lái)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(shí)，LTC4267 將浪涌電流限制在 140mA 標(biāo)稱(chēng)值，直到負(fù)載電容器 （CLOAD在圖2中）充電至最終值的1.5V以?xún)?nèi)。一旦達(dá)到此電壓門(mén)限，限流門(mén)限將切換至375mA標(biāo)稱(chēng)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(shí)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(guò)在 PD 上電后保持一個(gè) 375mA 的電流限值，LTC4267 使 PD 不依賴(lài)于 PSE 來(lái)實(shí)現(xiàn)電流限制，并避免了可能的互操作性問(wèn)題。這些限流功能由板載 100V、400mA N 溝道功率 MOSFET 和內(nèi)部檢測(cè)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?xún)?nèi)。電源良好信號(hào)可用于向開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器發(fā)出信號(hào)，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(gè) 3V 遲滯，因而允許 LTC4267 在電流限制點(diǎn)附近工作，而不會(huì)無(wú)意中呈現(xiàn)一個(gè)無(wú)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(guò)流或過(guò)熱情況影響的額外手段。如果此類(lèi)事件發(fā)生在分類(lèi)序列（PSE 探測(cè)超過(guò) 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(guò)斷開(kāi)輸出負(fù)載的電源并禁用分類(lèi)電流來(lái)保護(hù) LTC4267，直到芯片恢復(fù)到安全的工作溫度。

在最簡(jiǎn)單的情況下，可通過(guò) VPORTP 和 PVCC 之間的壓降電阻器為 LTC4267 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器供電。一個(gè)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(dòng)所需的電壓。LTC4267 還可采用一個(gè)前置穩(wěn)壓器和 / 或一個(gè)反激式變壓器上的一個(gè)單獨(dú)的偏置繞組來(lái)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(shí)，并聯(lián)穩(wěn)壓器尤為重要，因?yàn)樗€具有保護(hù) LTC4267 PVCC 引腳免受過(guò)大電壓影響的重要功能。

LTC?4267 開(kāi)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(gè)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(bǔ)償點(diǎn)。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(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器操作。請(qǐng)注意，必須使能兩個(gè)引腳才能開(kāi)始操作。通過(guò)將 PVCC 引腳拉至 UVLO 關(guān)斷門(mén)限以下或?qū)?ITH/RUN 引腳拉至 0.28V 標(biāo)稱(chēng)閾值以下，可以禁用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。

在PD接口電路和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器之間實(shí)現(xiàn)魯棒的上電序列對(duì)于成功的PD應(yīng)用至關(guān)重要。電源良好信號(hào)表示負(fù)載電容器已充電，該信號(hào)可用于使能開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。由PWRGD驅(qū)動(dòng)的N溝道晶體管可用于通過(guò)箝位P來(lái)禁用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器可變資本公司或我千/運(yùn)行引腳。禁用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器直到負(fù)載電容充電也可以通過(guò)在P上設(shè)置RC延遲來(lái)實(shí)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(jì)人員能夠自由地以多種方式實(shí)施一個(gè)受控的上電序列。

LTC4267 具有一種軟起動(dòng)功能，該功能可在 ITH/RUN 引腳松開(kāi)后提供額外的 1.4ms 延遲。軟啟動(dòng)功能可降低開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器浪涌電流并減少輸出過(guò)沖。與競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品不同，編程此延遲沒(méi)有最小外部電容要求。設(shè)計(jì)人員可以選擇通過(guò)在 ITH/RUN 和 PGND 引腳之間使用一個(gè)外部電容器來(lái)提供額外的軟啟動(dòng)延遲。

LTC4267 中集成了一個(gè)具有一個(gè)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?yàn)镻D設(shè)計(jì)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?xún)?nèi)的輸出電壓精度。對(duì)于隔離式電源應(yīng)用，通過(guò)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(yùn)行引腳。圖 2 示出了使用一個(gè)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(lèi) PD，帶 5V 非隔離電源。

斜率補(bǔ)償對(duì)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(guò)在 LTC4267 的檢測(cè)電阻器和 SENSE 引腳之間包含一個(gè)可選電阻器來(lái)提供斜率補(bǔ)償。SENSE 引腳監(jiān)視檢測(cè)電阻兩端的電壓。它還通過(guò)斜率補(bǔ)償電阻提供 5μA 電流，從而將 SENSE 引腳電壓提高到檢測(cè)電阻器電壓以上。這反過(guò)來(lái)又修改了開(kāi)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(dú)立的以太網(wǎng)供電 PD 接口，其結(jié)合了 802.3af PD 分類(lèi)和一個(gè)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。它集成了許多傳統(tǒng)上由單獨(dú)組件實(shí)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(gè)緊湊，易于使用但多功能的設(shè)備。

審核編輯：郭婷