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(多图) 以太网供电中的受电设备设计

Jacob Herbold?? 凌特公司设计工程师?? 2004年09月01日 ?? 收藏0
态电压抑制器可以吸收这些能量的大部分,但是PoE接口的其余部分必须特别设计以为能够经受住在运行范围之外的20V至30V,直到TVS对电压进行限制为止。
  检测
  在建立以太网供电连接时,检测是第一步,而且是最重要的一步。一个PD有25kΩ的共模电阻,而多数非供电设备具有150Ω共模终端。在2.7V至10.1V之间,PD必须有一个25?? 1.25kΩ 的检测特征电阻。除了电阻器本身(与LTC4267包括在图3)外,这些二极管电桥是PD的25kΩ 检测特征最重要的因素。二极管的前向电压为特征增加偏移电压,标准要求低于1.9V(对-40℃温度下的硅二极管足够)。这些二级管的非线性串联电阻会影响这些特征,如图4所示。反向偏置电桥二极管增加漏电,所以使两个并联的二极管的漏电必须低于IEEE规定的10.1V反向偏置下的10礎限制。LTC4267通过集成和优化特征电阻解决了很多这些问题,如图4所示,从而弥补了二极管电桥及其本身电流的问题,为设计师解决了后顾之忧。
监测I-V曲线说明二极管电阻在PD检测特征方面的作用
图4,监测I-V曲线说明二极管电阻在PD检测特征方面的作用。


  分级
  成功检测之后,大部分PSE将PD分级来决定消
耗多少电量。 分级能够提高PSE的电源管理,使之在同样瓦数的电源条件下能够为更多PD提供电源。例如,9个消耗5W但是被称为分级0的PD能够达到150W电源能力的最大值,因为PSE必须将15.4W分配给每一个分级0的PD。如果同样的PD用作分级2,PSE分配7W给它们,它的150W能够提供给21个PD。所以要选择最大持续功率和峰电流比PD要低的最低分级(1、2或3),从表1为您的PD选择适合的类别。
IEEE 802.3af PD分级
表1: IEEE 802.3af PD分级。符合的PD在14.5V至20.5V之间具有适当的分级电流,而且当接通电源时保持不超过最大功率和峰值电流。注意PD分级0和分级4没有显示出来而且不应采用。


  进行分级通常由PSE强迫端口电压符合分级范围并测量PD的电流。在分级的整个领域,PD的电流必须在表1所示的3个范围中的一个之内。尽管802.af标准在检测和分级间放置超过5V的电压,但是大部分还是被二极管前向电压(VF)的温度变异所消耗。温度高时,二极管的VF在0.5V左右,温度低时,二极管VF在0.9V左右,所以LTC4267必须在仅超过3V左右从检测切换至分级。在这个范围之外,LTC4267会尽量达到最大的互操作性,通过缓慢地导通分级电流,请注意图1所示典型的I-V曲线的斜率。从0mA到高至30mA的改变可能会导致端口电压下降至分级范围以下,所以PD关掉分级电流,这样就会出现振荡。即使是采用PSE的稳定电压,PD电流与100米电缆电感的快速变化也会产生振荡。高于20.5V时切断分级电流的负电阻会引起更严重的振荡和互操作方面的问题。为了实现最大的互操作,PD应该具有平滑、单调的I-V曲线,如图1所示。
  接通电源
  当PD接通并开始从电缆中获得电源时,PD设计变得更加复杂,因为以太网供电接口、DC/DC转换器和其它PD电路必须一起工作,以保持符合802.3af。LTC4267包括该组合的两个最重要的成员,这就是PoE接口和DC/DC转换器,因此是说明这些原则的一个非常好的例子。
  LTC4267等到输入达到36V时才开始吸取电源并限制涌入电流在140mA以下(如图1)。通过等到36V,LTC4267在接通(36V)和切断(30V)电压之间有6V的迟滞。由于LTC4267升高的140mA电流和高至20Ω的电缆电阻,这个迟滞防止在端口电压下降时(2.8V = 20Ω× 140mA)LTC4267不至于在开或关之间振荡。一旦安装LTC4267的PD后接通电源,LTC4267切换至375mA电流限制,允许PD从电缆获得分级3电源全部12.95W。具有更高涌入电流限制的PD需要更大的迟滞,802.3af允许高达12V以防止振荡。
  只要能够在PSE的400mA至450mA电流限制下,在50ms之内接通电源,PD并不要求实施自己的电流限制。没有自己限制电流或在50ms内通电的PD将关断它们的电源。像LTC4267这样的PD控制器集成电路采用电流限制和另外一个称作“电源良好(power good)”的特性,以确保PD正确地通电。控制器的电源良好输出将PD的其它电路切断直到CIN充电到端口电压。图3对此进行了说明,LTC4267的PWRGD引脚阻止其DC/DC转换器的运作,直到VPORTN和POUT之间不足1.5V。采用电源良好特性对DC/DC转换器是非常重要,因为当输入电压下降时,提供恒定输出功率的转换器会吸取更多的功率。如果转换器在低压时启动,其高电流会缓慢下来或甚至阻止CIN充电。因此,电源良好或其它延缓DC/DC转换器启动的方法对PD的成功通电顺序是非常关键。
  受
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PoE? 受电设备? 设计?

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