电源技术中的可提供13W到70W功率的PoE+电路设计指南

以太网供电(PoE+)应用目前遵循IEEE标准802.3af，它即将在今年的第二季度被802.3at(PoE+)所替代，新的PoE+标准将可为用电设备(PD)提供大约2倍的功率。本文提出一个简单的工作在PoE+功率级(30W)的PD电路，它借助了一个外部MOSFET和一个针对旧版802.3af标准设计的控制器。讨论内容覆盖了尚未正式公布的新的802at标准对PD的要求，以及将现有的802.3af控制器(MAX5941B)扩展用于PoE+ PD的好处。本文还包含了对3.3V输出、30W用电设备的一些测试结果，如效率、输出纹波、动态响应和输入浪涌电流的限制。 　　迅速增长的PoE应用现在要求高出 以太网供电（Power over Ethernet, PoE）技术在近年来得到了广泛应用，特别是在网络设备和物联网设备中。PoE+（PoE Plus）是PoE的一个增强版本，它根据IEEE 802.3at标准，提供了更高的功率传输能力，能够为用电设备（PD）提供大约2倍于802.3af标准的功率。传统的PoE标准最大功率为12.95W，而PoE+标准则提升到了30W甚至更高的水平，满足了更多高功率设备的需求。 本文主要关注的是在PoE+功率级（30W）的设计，它利用了一个外部MOSFET和一个原本设计用于802.3af标准的控制器。设计中，外部MOSFET的引入是为了克服原控制器内部开关的功率限制，使其能够支持更高的功率等级，从而实现PoE+的功能。同时，这样的设计保持了与旧版802.3af标准的后向兼容性，确保设备在旧的PoE供电环境下也能正常工作。 文章详细探讨了新标准802.3at对PD设备的要求，包括安全规则、后向兼容性、实际最大功率供应以及与早期802.3af PSE的交互。其中，Class 4 PD分级是802.3at标准中的一个重要变化，意味着PD设备需要能够处理更高的电流和功率。此外，文章还提到了当前控制器在电流限制方面的不足，这需要通过外部元件的调整来解决。 MAX5941B控制器是文中提到的一种解决方案，它内置了完整的802.3af PD接口电源IC和DC/DC PWM控制器，可用于隔离或非隔离电源设计。这款控制器具有灵活性，只需要少量的外部元件修改，就能升级到支持70W以上的功率。特别是，通过在引脚7添加一个外部MOSFET，可以扩展PD接口开关的额定功率，以适应PoE+的高功率需求。 在实际应用中，MAX5941B控制器能够满足PoE+的Class 4 PD分级，通过调整外部电阻值来实现。此外，通过选择适当规格的外部MOSFET，可以确保内部开关的安全工作电流，同时提高整体系统的功率输出能力。 测试结果显示，这种设计能够提供稳定的3.3V输出，且在30W功率下的效率、输出纹波、动态响应以及输入浪涌电流的限制均达到了预期标准。这些测试数据对于评估和验证PoE+电路的性能至关重要。 随着PoE应用的快速增长，对更高功率的需求促使了PoE+标准的出现。本文提出的PoE+ PD电路设计方法，结合MAX5941B控制器，提供了一种经济高效且兼容现有标准的解决方案，使得开发者能够在新标准发布之前就开始设计和测试高功率的PoE+设备。