MAXIM以太網(wǎng)供電(PoE)器件系列產(chǎn)品-HENDA

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深圳市恒大創(chuàng )新科技有限公司是美國Maxim公司大陸地區的專(zhuān)業(yè)增值分銷(xiāo)商，公司主營(yíng)美信以太網(wǎng)供電(PoE)系列器件，包括用電端(PD)芯片和供電端(PSE)芯片等產(chǎn)品，我們能夠給您提供最優(yōu)的價(jià)格，最好的服務(wù)，及時(shí)穩定的供貨，以及強大的技術(shù)支持。
Maxim公司成立于1983年，總部位于美國加利福尼亞，2001年Maxim公司并購了著(zhù)名的Dallas 公司成為全球最好的模擬信號和混合信號半導體公司。Maxim公司的使命是不斷創(chuàng )造高品質(zhì)的模擬工程解決方案，在世界范圍內為基于微處理器的電子產(chǎn)品客戶(hù)提供增值服務(wù)。是世界范圍內模擬和混合信號集成產(chǎn)品的設計、開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)領(lǐng)域的領(lǐng)導者之一。通過(guò)對溫度、壓力、聲音等現實(shí)世界的各種信號進(jìn)行檢測、放大，并將其轉換成計算機處理所需要的數字信號。

一、PoE+電路為用電設備(PD)提供13W至70W功率
摘要：本文介紹了一種結構簡(jiǎn)單的高性?xún)r(jià)比準IEEE® 802.3at PoE+用電設備(PD)的解決方案，采用MAX5941B設計。本文討論了PoE+ PD的主要需求，以及擴展MAX5941B的現有電路實(shí)現PoE+ PD的優(yōu)勢。本文提供了針對3.3V、30W PD電路的測試結果，包括：浪涌電流、效率、輸出紋波以及動(dòng)態(tài)響應。
概述隨著(zhù)PoE (以太網(wǎng)供電)應用的迅速發(fā)展，對功率的需求也越來(lái)越高，已經(jīng)高出目前IEEE 802.3af標準(12.95W)的指標。為了滿(mǎn)足這一需求，IEEE于2005年9月開(kāi)始于制定新標準(IEEE 802.3at)，旨在擴展以太網(wǎng)供電功率(30W以上)。預計該標準將在2008年的第二季度推出，新的PoE升級標準(PoE+)將為用電設備(PD)提供大約雙倍的有效功率。
在IEEE 802.3at獲得正式批準之前，業(yè)內需要一個(gè)“準PoE+"電路，以滿(mǎn)足當前的應用需求。本文介紹了一個(gè)簡(jiǎn)單的、能夠提供PoE+功率(30W)的PD電路，利用外部MOSFET和針對原802.3af標準設計的控制器實(shí)現。
圖1所示電路利用MAX5941B PoE控制器構建為準PoE+ PD供電的電源，能夠滿(mǎn)足多數大功率PoE+應用的要求，并保持了802.3af標準的向后兼容性。通過(guò)增加一個(gè)外部MOSFET，可以按比例調節或增大PD接口的有效功率，功率范圍可以從802.3af的標準等級擴展到70W，遠遠超出了802.3at PD推薦的最大功率。

圖1. “準PoE+”供電電路提供3.3V、30W輸出，為了達到這一目的，電路在MAX5941B PoE電路的基礎上簡(jiǎn)單增加了一個(gè)MOSFET
PoE+要求IEEE 802.3at¹標準建議的PoE+設計目標如下：
• IEEE 802.3at應當遵循802.3af制定的電源安全性規則和限制
• 802.3at PSE必須向后兼容802.3af：能夠為802.3af和802.3at PD供電
• 802.3at PSE能夠提供PD允許的最大功率(最少30W)，受限于實(shí)際應用
• 802.3at PD連接到早期的802.3af PSE時(shí)，能夠向用戶(hù)顯示需要802.3at PSE

802.3at PD必須能夠由802.3at PSE識別、檢測和供電，為其下游負載提供足夠的功率。為滿(mǎn)足新的802.3at功率的需求，目前的PD控制器面臨以下問(wèn)題和設計挑戰：
• 4級PD分級
• 這些控制器的內部PD接口隔離開(kāi)關(guān)不能處理高于最大12.95W的功率等級
• 許多目前PD控制器的電流限制低于802.3at要求的功率等級

幸運的是，MAX5941B控制器能夠為“準PoE+” PD提供70W的功率，而外部元件只需很少改動(dòng)。為了滿(mǎn)足PoE系統中的PD供電需求，它集成了一個(gè)完整的802.3af兼容電源IC，包括一個(gè)PD接口和緊湊的DC-DC PWM控制器，該控制器可以在隔離或非隔離電源設計中用作反激或正激轉換器。²
結構簡(jiǎn)單的高性?xún)r(jià)比準PoE+方案通過(guò)以下調節，能夠使MAX5941B控制器滿(mǎn)足PoE+的要求:
• 4級PD分級 該控制器已經(jīng)包含了4級PD分級，僅僅需要改變外部的分級設置電阻。

• PD接口隔離開(kāi)關(guān)的額定功率：所有現有的PD控制器都包含一個(gè)MOSFET，在開(kāi)啟協(xié)議檢測和分級時(shí)隔離PD。由于這個(gè)MOSFET為802.3af規定的功率級(12.95W)設計，所以低于802.3at應用的功率等級。
MAX5941B內部MOSFET的柵極輸入連接到引腳7，簡(jiǎn)單地在該引腳連接一個(gè)外部MOSFET可以提高PD接口開(kāi)關(guān)的功率。新的功率要求可以從12.95W到70W以上，具體取決于外部MOSFET的額定功率。外部MOSFET的RDS(ON)必須保證流經(jīng)內部開(kāi)關(guān)的電流在其安全工作范圍內。
• 改變電流限制：很多當前的PD控制器提供兩級限流門(mén)限。第一級設置為低于400mA，用于限制上電時(shí)PD的輸入浪涌電流；第二級設置為高于400mA。不但802.3af標準不需要第二級限流，在實(shí)際的PoE+應用中也禁止使用這些PD控制器。
MAX5941B控制器允許用戶(hù)編程輸入浪涌電流，但卻不需要加入第二級限流。由于用戶(hù)可以設置低于400mA的輸入浪涌電流限制，從技術(shù)上解決了PoE+應用的兼容性問(wèn)題。輸入浪涌過(guò)程結束后，PD準備就緒，可以工作在更高功率的PoE+系統，無(wú)需更換IC或更改外部電路。
在PoE+系統中，電纜所能承載的電流是限制功率傳輸的瓶頸。在相關(guān)標準中，例如TR42.7³，為了確定不同條件下電纜的電流承載能力，對PoE+電纜進(jìn)行了大量的測試。目前，TR42.7推薦在45°C最大環(huán)境溫度下，5e類(lèi)、6類(lèi)和6A類(lèi)電纜每線(xiàn)對能夠承載的最大電流是720mA (每根導線(xiàn)360mA)。超過(guò)45°C時(shí)，受I²函數的影響，60°C時(shí)額定值降到0mA，其中I是流經(jīng)電纜的電流。因此，對于兩線(xiàn)對的PoE+系統，所允許的PD最大功率約為30W。據此，我們?yōu)闇蔖oE+ PD設計了一個(gè)30W的供電電路。
PD接口
圖2. 30W PD接口原理圖
30W PD供電電路的原理圖如圖2所示。N10是增加的外部MOSFET，用于增強PD接口隔離開(kāi)關(guān)，以達到PoE+的功率等級。R8 (178Ω)是用來(lái)設置4級功率等級的RCL。這個(gè)30W的PD能夠從準802.3at PSE接收功率。兩對UTP線(xiàn)纜連接到快捷插座連接器FastJack™ J1，連接器集成了10/100 Base-TX VoIP磁模塊。兩個(gè)二極管橋功率整流器(D4，D5)用于分離PSE送出的-48V直流電源。
隔離開(kāi)關(guān)(由MAX5941B內部功率MOSFET和外部MOSFET N10組成)限制啟動(dòng)時(shí)的輸入浪涌電流。MAX5941B通過(guò)一個(gè)典型10µA 的恒流源給MOSFET的柵極充電。MOSFET漏極至柵極之間的電容通過(guò)限制漏極電壓的上升速度限制輸入浪涌電流�？梢酝ㄟ^(guò)在GATE和OUT之間外加一個(gè)電容進(jìn)一步減小輸入浪涌電流。以下公式用于計算輸入浪涌電流：

PoE+應用的輸入浪涌電流限制在400mA (最大值)以?xún)取?strong>圖3波形(從圖2電路中測得)顯示當輸入電壓大約為39V時(shí)，輸入浪涌電流低于108mA，39V是缺省的欠壓鎖定電平(UVLO)。當負載電流為7A時(shí)，流經(jīng)隔離開(kāi)關(guān)的總平均電流是680mA。
圖3. 準PoE+ PD輸入浪涌電流的限制
Ch1：3.3V輸出，1VDC/格
Ch4：輸入電流，200mA/格
時(shí)基：100ms/格
3.3V、30W DC-DC轉換器PD的DC-DC轉換器如圖4所示，用于PoE的電源轉換有兩種主要架構：反激和正激轉換器。反激轉換器需要的器件數最少、成本最低，但峰值電流較高，因此需要更大的輸出電容和/或兩級濾波器，以減小輸出電壓紋波。


圖4. 用于30W PoE+ PD的DC-DC轉換器原理圖

對于單輸出、大電流轉換器，推薦使用具有同步整流的單端正激變換器，這種架構非常適合PoE應用，具有高效、低EMI、成本低等優(yōu)勢，本設計選擇了這種架構。由于同步整流正激變換器的原理在MAX5941B評估板的數據資料中進(jìn)行了詳細描述，這里不再贅述。
測試結果為了評估DC-DC轉換器性能我們進(jìn)行了大量測試，圖5給出了電源電壓為48V時(shí)測得的效率與輸出電流的對應關(guān)系曲線(xiàn)，這里沒(méi)有考慮兩個(gè)二極管橋整流器(D4，D5)的功耗(如果考慮這些因素，效率下降約5%)。
圖4所示PD電源的輸出紋波(圖6)是在最差工作條件下測試的：57V輸入電壓、9A負載。所得結果(大約50mV)基本符合PoE+應用的要求，例如802.11n接入點(diǎn)、大功率VoIP視頻電話(huà)以及監控攝像頭等。增加一個(gè)低ESR陶瓷電容有助于得到更低的輸出紋波，轉換器的波特圖(圖7)顯示相位裕度為45°，增益裕度為10dB，具有較好的響應能力。
對于一些特定應用，只需用PD接口的前級(圖2)配合用戶(hù)已有的DC-DC轉換器工作即可。針對這種要求，可以選擇Maxim的PD控制器系列(MAX5940B)產(chǎn)品，配合外部MOSFET和MAX15000 DC-DC控制器使用。

圖5. 準PoE+ PD效率與輸出電流的關(guān)系

圖6. 準PoE+ PD的輸出紋波
Ch1：3.3V輸出，50mVAC/格
Ch2：3.3V的負載電流，5A/格
時(shí)基：2µs/格


圖7. 最大輸入電壓和輸出電流下DC-DC轉換器的波特圖
結論在IEEE 802.3at標準發(fā)布之前，本文提供的PD電路(圖2)是解決PoE+供電問(wèn)題的一個(gè)快速、有效、靈活的方案。它符合該標準的電流要求(草案0.9)4，并保持了向下兼容性，兼容于當前的IEEE 802.3af標準。采用同步整流正激DC-DC轉換器可以獲得高效、低EMI以及低成本設計。如果連接PSE和PD的電纜能夠承載足夠的電流，電路中的MAX5941B控制器能夠輕松升級PD設計，輸出功率可以達到甚至超過(guò)70W。
二、業(yè)內首款四通道PSE控制器，支持大功率(PoE+)及IEEE 802.3af應用




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關(guān)鍵特性

• 符合IEEE 802.3af標準/pre-IEEE 802.3at兼容
• 通過(guò)I²C接口隨時(shí)讀取端口電流
• 每端口可提供高達45W的功率
• 為早期設備提供大電容偵測
•• 引腳兼容于MAX5945和LTC4258/LTC4259A
• 四路獨立的功率開(kāi)關(guān)控制器
•  PD偵測和分級
• 偵測期間提供負載穩定性安全檢測
• 同時(shí)提供直流和交流負載斷開(kāi)檢測
•  I²C兼容3線(xiàn)串行接口
• 折返式限流以及占空比受控的電流限制
• 漏極開(kāi)路/INT輸出
• 可直接快速關(guān)斷

應用/使用

• 中跨電源注入
• 供電設備(PSE)
• 交換機/路由器

深圳市恒大創(chuàng )新科技有限公司創(chuàng )建于公元2006年，除了從事電子元器件貿易外，在半導體產(chǎn)品領(lǐng)域最初為一家小型半導體技術(shù)支持提供商，從高壓非標電源技術(shù)開(kāi)始，我們逐步發(fā)展融入到鋰電池技術(shù)、RFID、AVR、工控技術(shù)、光纖通訊、醫療設備、儀器儀表、電力設備、航空航天等領(lǐng)域半導體方案推廣。我公司目前已經(jīng)成功代理SINOWEALTH(中穎)單片機、COILCRAFT(線(xiàn)藝)電感和OMNIVISION(豪威)圖象傳感器，并成為國際知名品牌NXP、ADI、TI、ST、ON、 IR、NS、AVAGO、MAXIM、ATMEL、MINI-CIRCUITS、MICREL、MICROCHIP、INFINEON、INTERSIL、DAVICOM、MARVELL、SENSIRION的專(zhuān)業(yè)增值分銷(xiāo)商，另外在A(yíng)TMEL、ST、XILINX和ALTERA宇航產(chǎn)品等偏冷門(mén)軍品集成電路芯片方面有較強的資源優(yōu)勢。
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