POE即PowerOverEthernet,是指無需使用額外電源線而通過以太網網線供電的方案。此方案廣泛應用于安防攝像頭,網絡視頻存儲等場合。POE標準的發展過程經歷了2003年IEEE802.3af標準的發布,2009年IEEE802.3at的發布,以及2018年IEEE802.3bt標準的發布。在POE的系統架構分為PSE(PowerSourcingEquipment)和PD(PowerDevice)兩部分。IEEE802.3af(我們常稱其為Type1)對應的功率等級為PSE=15.4w,PD=13w.IEEE802.3at(我們常稱其為Type2)對應的功率等級為PSE=30w,PD=25.5w,IEEE802.3bt(Type4)對應的功率等級為PSE=90w,PD=71w。
POE供電的具體過程如下:
Detection:PSE發送一個電壓給PD,通過PD端的24.9kohm的電阻來判斷有無有效PD存在。在這個過程中電壓為2.7v~10v。(TI芯片是4點檢測相對2點檢測可靠性更高一些)
Classification:detection之后,PSE會加14.5v~20.5v的電壓在PD端,通過檢測CLS電阻上的電流判斷PD的功率等級。
Powerup:檢測和分級都正常之后會進行上電。
下圖為TPS23753A上電的實際過程波形,芯片進行4點檢測,隨后進行了分級和上電。
Bt因為功率比at大分級會有所不同,會有兩個分級電阻,并進行5次分級檢測來實現90w的分級,如下圖。
PD方案主要由兩部分組成,PD握手芯片和反激/正激控制電路。目前TI的在市面上應用的PD方案有很多,有集成的方案:如TPS23755,TPS23753A,TPS23756等。其中TPS23755是TI最新面市的af標準芯片,集成了PD握手芯片,反激控制器和功率開關管。使用原邊反饋控制模式有效降低了副邊反饋回路的成本和PCB板的面積。同時使用CCM控制模式,相對于常規DCM控制,明顯提高了系統的EMI性能,可以幫助客戶省去輸入端的共模濾波電感有效降低系統成本和尺寸。雖然使用原邊反饋控制方式,依然可以達到較好的負載調整率。因此TPS23755很適合小功率小體積低成本的IPC應用。TPS23753A和TPS23756分別是針對af和at標準的副邊反饋方案。
分立的方案本文著重介紹at和bt。TPS2378+LM5155是符合at應用的主流方案,LM5155是TI2018年最新面市的反激控制器方案,有很多有特點的功能,比如輸出短路保護的hiccup功能,比如過流點補償功能以實現不同輸入電壓下輸出限流點不變,同時極低的電流采樣電壓很好解決了采樣電阻發熱的問題。TPS2373-4+UCC2897A是符合bt應用的主流方案。TPS2373-4是符合bt標準的PD芯片。UCC2897A設計的有緣鉗位正激電路可以實現90W的功率輸出(可以參考TI參考設計PMP6547)。另如果需要輸出短路hiccup功能,也可以考慮使用LM5025A替換UCC2897A。這種大功率的方案主要應用于大功率球機等產品中。
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