通信与网络中的为以太网供电设备提供低成本、高可靠性解决方案

以太网供电方案的提出为电源设计师带来了众多机遇和挑战，为此，多家电源管理芯片制造商已经开发出能够满足IEEE 802.3af标准的成熟芯片。802.3af标准定义了受电设备(PD)必须如何向供电设备(PSE)表明自己身份的方法。现在，设计师已经无需使用昂贵的IC即能轻松满足该标准的要求。事实上，PD必须向PSE明确自己身份的三大功能只需6到16个低成本分立元件就能很容易地实现(见图1的输入电路)。另外，如果PD的DC-DC转换器电路采用高集成度的电源转换IC来设计，设计师就能快速提供安全可靠并且具有低成本、高能效和易制造优势的解决方案。检测功能如何实现 图1：PD向PSE明确自己身份所需 以太网供电（PoE，Power over Ethernet）技术在通信与网络领域中广泛应用于各种设备，如IP电话、无线接入点、网络摄像头等，为它们提供了便捷的电力供应方式。IEEE 802.3af标准是PoE技术的基础，它定义了受电设备（PD）如何与供电设备（PSE）进行通信，以确认设备身份并进行安全供电。本文将探讨如何通过低成本、高可靠性的方法来实现符合802.3af标准的PoE方案。 PD向PSE表明身份的过程是通过前端电路中的检测功能来实现的。图1展示了一个典型的检测、分类和直通开关连接电路。其中，电阻R1作为特征阻抗，其阻值需在19kΩ到26.5kΩ之间，通常选择24.9kΩ以降低功耗。当PSE的电压从2.5V跃升至10V时，流过R1的电流在0.5mA到4mA之间，表明PD的存在。 在分类阶段，PD根据其最大功耗分为Class 0、1、2或3。图1a和1b中的电路通过不同的电阻和二极管组合，以及晶体管Q1、Q11、Q12、Q13和Q14来实现分类功能。例如，R16的值决定了PD属于哪个类别，通过改变R16的阻值，可以调整分类电流（ICL），以符合不同类别的电流吸取要求。VR11和U11组成的电路确保在检测阶段分类电路不被激活，同时维持恒定的分类电流。 直通开关Q11和Q14在输入电压超过特定阈值时开启或关闭，控制PD的供电状态，以保护设备并减少不必要的功耗。例如，当输入电压超过30V时，Q11打开，而Q14关闭，以防止在分类阶段之后继续吸取电流。 在实际应用中，DC-DC转换器电路设计是实现低成本、高能效解决方案的关键。例如，使用DPA-Switch系列的高集成度电源转换IC，可以构建返驰式或单开关前向转换器。这种IC允许设计师根据需求灵活设计不同输出功率的解决方案，如图2所示的15W三输出DC-DC转换器，它采用了同步整流技术以提高效率。同步整流通过使用MOSFET替代肖特基二极管，减少了导通电阻，从而降低了转换过程中的能量损失。 此外，Power Integrations的PI Expert软件工具简化了设计流程，提供了完整的文档支持，使得设计者能快速开发出满足802.3af标准的PoE解决方案，同时兼顾低成本、高能效和易于制造。 通过巧妙地利用低成本分立元件和高集成度的电源转换IC，设计者可以实现符合802.3af标准的PoE设备，确保通信与网络设备的稳定供电，同时降低成本并提高系统可靠性。这种方法不仅简化了设计，而且降低了物料成本，使得PoE技术在各种应用场景中更加普及和实用。