(Power Over Ethernet)指的是在現有的以太網Cat.5布線基礎架構不作任何改動的情況下,在為一些基于IP的終端傳輸數據信號的同時,還能為此類設備提供直流供電的技術。TI公司的TPS23753A是一款集成有POE接口并且內置峰值電流模式DC-DC 控制器的PD芯片。它支持IEEE 802.3at的13W, type 1的PD接口標準,適用于VoIP電話、無線AP等多種PD系統。
圖1:PoE供電方式
IEEE 802.3標準中提出了以太網的隔離要求,安規測試IEC60950 標準中要求以太網線與任何消費者可能接觸處都要實現隔離。然而在一些實際應用當中,不需要實現電路系統隔離也可以滿足相應標準的隔離要求,例如使用塑料外殼的低成本路由器和無IO擴展的電子標志牌等等。
非隔離拓撲:Floating Buck
非隔離的Floating Buck拓撲是由Buck拓撲變化得來。如下圖所示,將傳統Buck電路的開關管由輸入源電流流出路徑移動至返回路徑,使開關管的源極與輸入源共地。這樣,簡單的低邊控制器便可以應用于此拓撲當中。
圖2:Buck變換器(左)和Floating Buck變換器(右)的拓撲結構
Floating Buck拓撲的輸入輸出關系
Floating Buck拓撲的輸入輸出關系和傳統Buck拓撲一致。在穩態條件下,Floating Buck拓撲的輸入輸出電壓滿足:
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, 為輸出負載, 為開關工作頻率, 為開關波形占空比。
TPS23753A Floating Buck設計實例:
圖3:Floating Buck設計實例電路
由于Floating Buck變換器的負載與輸入源不供地,因此不能采用常見的非隔離直接反饋方式。本實例中采用了一種新穎的非隔離方式進行反饋補償,如上圖所示,設計中使用了一對PNP三極管,將浮置電路中采樣、比較生成的誤差信號注入其中一只三極管的基極,將此電壓誤差信號轉變為三極管的集電極電流信號,從而實現對地耦合。同時,由于三極管處于誤差放大器后級電路中,其靜態電流大小不影響對輸出電壓的直流采樣,因此三極管的溫漂不會對輸出電壓精度產生影響。
此外,本設計中還包含軟啟動電路,此電路的作用是在系統上電時,通過對TLV431補償網絡的輸出電壓鉗位,實現系統的軟啟動功能。
測試結果:
表1:TPS23753A Floating Buck測試結果
測試項 | 測試結果 |
輸出電壓 | 12V |
輸出電流 | 1.5A |
工作頻率 | 200kHz |
輸出電壓動態性能(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 |
負載調整率 | 0.88%@12V,0-1.5A |
穿越頻率 | 14.9kHz |
相位裕量 | 83.0° |
圖4:Floating Buck實測效率曲
圖5:Floating Buck環路測試波特圖
根據實驗結果,基于TPS23753A的floating buck電路可以實現高效率、高精度和低紋波輸出,滿足多種PD設備的供電系統需求。
審核編輯:郭婷
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