LM5070控制器及其在以太網電源管理器中的應用

引言

對于寬帶網絡電話來說，采用不間斷電源 (ups) 的標準可保證供電更穩定可靠，以及較少出現供電電壓浪涌、盜用、中斷或斷線等情況；對于無線接入點（ap）系統來說，這些系統也無需加設交流電源、供電線路或輸出口。采用以太網供電技術的電源管理芯片具備遠程通電/斷電功能，確保電源管理工作可以發揮極大的靈活性。以太網饋電系統可以利用以太網的電纜及輸入/輸出端口為寬帶網絡電話、保安系統閉路電視攝像機、無線局域網 (wlan) 節點以及樂器等供電。目前市場上同類的解決方案都需要采用兩至三顆芯片，但美國國家半導體的 lm5070 則是業內首款設有電源管理接口端口及脈沖寬度調制器(pwm)，而且符合 ieee 802.3af 技術標準的單芯片控制器，該芯片專為可支持以太網饋電 (poe) 的電子產品而設計，可大幅精簡這類產品的設計。此外，這款控制器芯片還設有 80v/400ma 的線路連接開關、相關的以太網饋電接口電路以及可將 48v輸入電壓降低至適合不同負載采用的dc-dc控制器。

lm5070 芯片采用美國國家半導體的 abcd150-xv1 高電壓模擬雙極 cmos/dmos 工藝技術制造。這款高度集成的產品優點較多，例如內置采用電流模式的高頻dc-dc控制器，此外，用戶也可自行設定欠壓閾值及磁滯，而故障電流控制環路則具有較高的準確度。這款芯片的操作電壓最高可達75v，振蕩器頻率則高達 1mhz，而且可由用戶自行設定，其他的特色還有過熱保護以及適用于非絕緣系統的電壓參考電路和高性能誤差放大器。

lm5070的主要特點及引腳功能

lm5070電源管供應器接口端口和脈寬調制 （pwm）控制器在poe系統中，為受電設備（pd）提供一個完全綜合的解決方案。lm5070內置采用電流模式的高頻dc-dc控制器，結合80v/400ma的線路連接開關，完全符合ieee 802.3af 標準的電源供應器接口端口。具有內部供電排序功能，poe電源管理芯片的接口與dc-dc轉換器之間的通訊可在lm5070芯片內部進行。lm5070性能良好，支持poe應用的單芯片pd接口，適用于寬帶網絡電話、局域網、遠程閉路電視保安攝錄系統、無線接入設備、掃描卡閱讀器以及電信設備的48v電源供應控制系統。

其特點是：

完全符合ieee 802.3af標準的電源供應器接口端口；

內置80v、1 、400ma的mosfet；

可調節浪涌電流限幅；

檢測電阻斷路功能；

可調節分級電流；

可設定欠壓閾值及磁滯；

過熱停機保護功能；

電流模式脈沖寬度調制器；

可支持絕緣和非絕緣應用；

針對非絕緣應用設有誤差放大器及電壓參考電路；

可調節振蕩頻率；

可調節軟啟動；

限制最大占空比為80%，提供斜率補償（ 80芯片）；

限制最大占空比為50%，不提供斜率補償（ 50芯片）；

可輸出800ma峰值電流的門極驅動器；

采用tssop-16或llp-16封裝（5mm 5mm）。

lm5070的外引腳圖如圖1所示，各引腳功能見表1。

lm5070的內部結構及原理

lm5070采用llp-16或tssop-16封裝，包含一個pwm控制器、可編程欠壓閾值及磁滯電路、標記電阻斷接、內部電源開關和電源時序電路，協調lm5070芯片中的pd接口與給負載供電的dc/dc步降控制器之間的運行。pd接口端口的主要性能有檢測、分級、調節浪涌電流限幅、過熱保護、設定欠壓鎖定點以及電流限幅監測。該芯片還有一個操作范圍可達75v高壓啟動偏壓調節器，其開關電源（smps）的控制端口含有靈敏電源、vcc調節器欠壓鎖定、占空電流限制、誤差放大器、斜坡補償、軟啟動及振蕩器同步性能。這個高速bicmos ic總傳播延遲小于100ns，并可用一個外置電阻來設定1mhz的振蕩器。為dc-dc轉換器拓撲（像回掃和前向拓撲）提供單獨的驅動輸出，lm5070 pwm控制器還為此提供電流模式控制。lm5070 pwm具備電流模式控制的所有優點，包括饋電線路傳送、占空電流限制、簡易電路補償，若振蕩器斜坡減弱，可啟動pwm比較器提供斜率補償，限制最大占空比大于50%時，提供斜率補償（ 80芯片）。 其芯片原理框圖及pwm控制器內部框圖如圖2、圖3所示。

lm5070的設計及應用

lm5070 是一款非常獨特的芯片，由于其獨特的功能，因此很容易融入現有的系統設計之中。

欠壓鎖定 (uvlo) 閾值及磁滯：系統設計工程師可以自行設定欠壓鎖定的跳轉點及磁滯，以便控制線路的啟動電流，以及為不同系統設定通電及斷電的電壓點。

浪涌電流設定：系統設計工程師可以利用這個功能全面控制浪涌電流的瞬態響應，他們只要通過連接 rclp 管腳的外置電阻，便可按照所要求的電流量設定其浪涌電流瞬態響應。工程師若保留預設的 375ma 浪涌電流極限，便無需加設外置元件，只需將 rclp 管腳置于開啟狀態便可。
內部供電排序功能：系統設計工程師無需通過“供電正常”信號或任何外置通信接口控制dc-dc控制器系統。poe 電源管理芯片的接口與dc-dc轉換器之間的通信可以完全在lm5070 芯片之內進行。

控制系統已絕緣或未經絕緣的dc-dc轉換器：轉換器內含高精度的電壓基準電路及誤差放大器，確保非絕緣轉換器可以提供dc-dc反饋。此外，這款轉換器也可為隔離系統設計的光耦提供供電。

檢測電阻聯系中斷功能：電源管理芯片進行檢測之后，25kw標記電阻的聯系便會中斷，以免浪費功耗，降低效率。

可編程振蕩器頻率：這款開關穩壓控制振蕩器可以完全由用戶自行設定，因此有助精簡電源供應控制環路的設計，讓用戶可以進一步加強系統的穩壓性能。

lm5070 芯片典型應用電路如圖4所示。

lm5070在二極管整流絕緣輸出中的應用電路如圖5所示

結束語

由于支持以太網饋電的電源管理芯片無需采用裝貼式電源供應器，因此有助節省系統的整體成本。對于寬帶網絡電話來說，采用不間斷電源 (ups) 的標準可保證供電更穩定可靠，以及較少出現供電電壓浪涌、盜用、中斷或斷線等情況。此外，世界各地普遍采用 rj-45 電源供應連接器，為以太網饋電電源供應器芯片提供全球性的兼容保證。對于無線存取點系統來說，這些系統也無需加設交流電源、供電線路或輸出口。采用以太網饋電技術的電源管理芯片具備遠程通電/斷電功能，確保電源管理工作可以發揮極大的靈活性。