用于PoE應用的低成本隔離電源(04-100)

　　TPS2370是做為電源設備(PSE)和用電裝置(PD)的接口。執行IEEE802.3af標準所需的所用檢測，分類起動電流限制和開關FET控制。當PSE加電壓1.8V~10V到24.9KΩ顯示電阻R2時，檢測Ethernet的存在，當PSE加15V~20V到分類電阻R5時，設置PD的分級。PD的分類電平標記PD需要多小來自Ethernet線路的電源。內部FET和控制電路限制來自Ethernet線路的啟動和穩態電流，用戶可用R4設置啟動電流限制。C10用于消除線路電感引起的啟動振蕩。IEEE802.3af標準限制該輸入電容器大小為0.15mF，D9防止任何耦合進Ethernet線路的瞬變。在此應用中，D1~D4隔離Ethernet電源和外部穩壓48VDC電源。二極管通常也用在Ethernet線路保護極性反向和提供自動極性校正。

　　輸入EMI濾波器

　　PD和隔離電源所產生的噪聲可能干擾所傳輸的數據和連接在同一Ethernet線路上其中PD裝置的工作。IEEE820.3af規定為保證數據完整性在PI/PD接口上所允許的最大紋波。此電源工作在100KHz，而在此頻率峰—峰電壓紋波限制是200 mV。應注意，基頻100 KHz的諧波和 PD也可產生噪聲，這會增加濾涉要求。L1、L2和C3是一個差分濾波器，用于降低隔離電源所產生的電流脈沖，由于雜散電容所致在輸入電源線上也會產生噪聲。L3和L5濾波這些共模電流。IEEE802.3af限制是共模和差分模式紋波。很多PD也必須滿足FCC/EU輻射標準，所以，共模濾法器設計應把此需求考慮進去。

　　隔離電源變換器

　　具有自動驅動同步整流器3.3V輸出的反激變換器用于該設計。同步整流器與肖特基二極管相比，具有非常小的壓降，這可增加效率。為了使用同步整流器在整個初級開關關閉時間具有一個驅動波形，就需要連續電流模式工作。T1是反激變壓器(實際是一個電感器，它儲存能量)，MOSFET  Q2隨可變占空比和100KHz周期開和關，使T1儲存能量，在Q2導通期間，輸出電容器提供全部負載電流。在Q2 關閉期間， Q1柵板和源極之間的電壓是正的，使其導通。電流流入輸出電容器，重新充電這些電容器并進入3.3V負載。為了穩壓3.3V輸出，測量電壓與 TLV431A并聯穩壓器U5中的基準進行比較。光電隔離器U4提供反饋通路中的隔離。U3是UCC3809 PMW控制器，它控制Q2導通時間，然后調整3.3V輸出。Q2導通時間控制儲存在T1中的能量值，依次調整提供給次級的能量，穩定3.3輸出。

　　在變壓器T1增加另一繞組(用適當的匝數比)產生第二個輸出電壓。肖特基二插管D5，在Q2關閉期間正向偏置，允許電流流入輸出電容器和5V負載。以這種方式所產生的第二個輸出是半穩壓輸出，其容差為8%~10%，這取決于輸入線路和負載。為了得到更好的穩壓，把輸出設置銷微高于所需電壓，并采用低壓降穩壓器(LDO)來提供較高的穩壓性能。LDO可達到1%~2%容差。

　　非隔離電源變換器

　　PD需要另外2個電壓，需要1個可調12V~24V(20mA)，用于LCD顯示的偏置。3×3mmQFN封裝的TPS61045高頻升壓變換器U6用于升壓3.3V輸出。DSP芯核電壓需要1.5V(250mA)。TPS62210同步降壓變換器(SOT23-5封裝)U7用于降壓3.3V到1.5V (效率87%)。這兩個IC器件都具有內部電源開關和控制環路補償，這減少了外部元件數，板空間和成本。■(益林)