兼容于IEEE 802.3af标准的受电设备电源设计

　　IEEE 802.3af标准对以太网供电(POE)做出了详尽的规定,它允许通过以太网传输数据的同时提供48V电源,IEEE 802.3af 标准中定义的电源供电设备(PSE)是能够通过10BASE-T、100BASE-T或者1000BASE-T网络提供电源的DTE或者Midspan设备,而IEEE 802.3af 标准中定义的受电设备(PD)则是通过网络从电源供电设备(PSE)取得电源的设备.IEEE 802.3af 标准中规定的PSE可以提供约13W功率.从而使小型数据设备可以通过它们的以太网连接获得电源,而不需要从墙上的交流电源插座获取电源.这些设备包括数字VoIP电话、网络无线接入点、因特网设备、计算机电话、安全摄像机或任何以太网连接的数据设备.IEEE 802.3af 标准的推出,大大扩展了以太网的应用,同时也给以太网带来了巨大的发展空间.

　　1 MAX5941的功能

　　MAX5941A/MAX5941B是一款高度集成的电源IC,适用于以太网供电(POE)系统中的受电设备(PD).MAX5941A/MAX5941B有两个功能,一是提供PSE与PD之间的接口,二是通过DC-DC PWM控制器实现48V电源转换以输出5V或者PD所需要的电压,输出电压可实现隔离或者非隔离.MAX5941A的最大占空比为85%,可用于反激式转换器.MAX5941B的占空比限制在50%以内,主要用于单端正激式转换器中.

　　2 IEEE 802.3af标准的PD接口特性

　　MAX5941的PD接口特性符合IEEE 802.3af标准,可为PD提供侦测特征信号和分级信号,此外,MAX5941还集成了一个具有可编程浪涌电流控制功能的集成隔离开关,同时还具有宽滞回供电模式欠压锁定(UVLO)以及“电源好”状态输出等功能.

　　在侦测和分级期间,由于集成的MOSFET可提供PD隔离,MAX5941可保证侦测阶段的泄漏电流失调小于10μA.其可编程限流功能可防止上电期间产生很高的浪涌电流.这些器件的UVLO供电模式具有宽滞回和长故障消隐时间等特性,因而可补偿电压在双绞电缆上的阻性衰减,并确保系统在侦测、分级和上/掉电诸状态间无扰动地转换.MAX5941的UVLO门限可调,并具有一个兼容于IEEE 802.3af标准的缺省值.MAX5941可工作于PD前带有或不带二级管桥的设计中.

　　MAX5941有三种不同的工作模式:PD侦测、PD分级和PD供电模式.

　　侦测模式(1.4V≤VIN≤10.1V)下,供电设备(PSE)将向VIN施加两种1.4V～10.1V范围内的电压(最小步长1V),然后记录两个点的电流值,并由PSE计算ΔV/ΔI,以确认25.5kΩ特征电阻是否存在.在此模式下,MAX5941内部的大部分电路处于关闭状态,失调电流小于10μA.如果施加在PD上的电压有可能被颠倒,则需要在输入端安装保护二极管,以免对MAX5941造成内部损伤.由于PSE使用斜率技术(ΔV/ΔI)来计算特征阻抗,这样,保护二极管引起的直流偏差已被扣除,因而不会影响侦测过程.

　　分级模式(12.6V≤VIN≤20V)下,PSE根据PD所要求的功率对PD进行分级.以便PSE高效地管理功率分配.IEEE802.3af标准定义了五个不同的级别.分级电流可由连接在RCL与VEE之间的外部电阻(RCL)来设定.PSE通过在PD输入端施加一个电压,以及测量流出PSE的电流来确定PD的分级.当PSE施加一个介于12.6V～20V之间的电压时.PSE利用分级电流信息区分PD所需要的功率.分级电流包括25.5kΩ侦测特征电阻吸收的电流和MAX5941的电源电流,PD吸收的总电流应在IEEE802.3af标准要求之内.进入供电模式后,分级电流将被关断.

　　供电模式下,当VIN上升至欠压锁定门限( VUV-LO,ON)以上时,MAX5941将逐步开启内部N沟道MOSFET管Q1.图1是MAX5941的内部接口电路框图.MAX5941用一个恒流(典型值为10μA)对Q1栅极充电.Q1的漏-栅电容限制了MOSFET漏极电压的上升速率,因而限制了浪涌电流.为了降低浪涌电流,也可在外部添加漏-栅电容.当Q1的漏-源电压降至1.2V以下,且栅-源电压高于5V时,MAX5941会发出“电源好”信号.由于MAX5941具有较宽的UVLO滞回和关断消隐时间,因而可补偿双绞电缆的高阻抗.