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TI 華東地區(qū) FAE 團(tuán)隊(duì) Johnny Guo
由于在單個(gè)以太網(wǎng)電纜中組合了數(shù)據(jù)和電源傳輸，PoE（以太網(wǎng)供電）在以太網(wǎng)系統(tǒng)中很受歡迎。它廣泛應(yīng)用于以太網(wǎng)交換機(jī)、IP電話、IP網(wǎng)絡(luò)攝像頭應(yīng)用。對(duì)于一些智能家居系統(tǒng)而言，以太網(wǎng)也是中央控制器和一些末端設(shè)備（如智能面板和無線AP）之間的一種關(guān)鍵連接法。除了標(biāo)準(zhǔn)48V電纜電壓外，一些客戶也愿意采用30V的電源傳輸。其中考慮了兩大關(guān)鍵因素，一個(gè)是30V電壓在36V人身安全電壓范圍之內(nèi)，另一個(gè)是低至30V的電壓可以節(jié)省電源解決方案成本。除了電流限制和過流保護(hù)功能外，末端設(shè)備檢測(cè)對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)也是有益的，可以確保中央控制器在無合適末端設(shè)備的情況下不會(huì)通電。
在IEEE 802.3at標(biāo)準(zhǔn)中，如下面表1和表2所示，PSE端口輸出電壓范圍為44~57V（1型）和50~57V（2型），而PD端口功率為37~57V（1型）和42.5~57V（2型）。
表1 所有PD級(jí)的PSE輸出PI電氣要求（除另有規(guī)定外）
序號(hào) | 參數(shù) | 符號(hào) | 單位 | 最小值 | 最大值 | PSE類型 | 附加信息 |
1 | POWER_ON狀態(tài)下的輸出電壓 | VPOR_PSE | V | 44.0 | 57.0 | 1 | 見33.2.7.1 |
50.0 | 57.0 | 2 |
表2 PD電源限制
序號(hào) | 參數(shù) | 符號(hào) | 單位 | 最小值 | 最大值 | PD類型 | 附加信息 |
1 | 輸入電壓 | VPOR_PD | V | 37.0 | 57.0 | 1 | 見33.2.7.1表33-1 |
42.5 | 57.0 | 2 |
在TPS23861電源規(guī)格（表3）中，VPWR欠壓下降閾值為26.5V（典型值）和28V（最大值），這意味著TPS23861可以在30V電壓下工作。PSE系統(tǒng)結(jié)構(gòu)恰恰與標(biāo)準(zhǔn)48V PoE系統(tǒng)類似。圖1顯示了TI PSE側(cè)的總體解決方案。如果系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用半自動(dòng)或手動(dòng)模式，則MSP430可用于控制PSE工作狀態(tài)。
表3 TPS23861輸入電源規(guī)格
參數(shù) | 試驗(yàn)條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
輸入電源VPWR |
IVPWR | VPWR電流消耗 | VVPWR=57V | | 3.5 | 7 | mA |
VUVLOPW_F | VPWR UVLO下降閾值 | 內(nèi)部振蕩器停止工作 | 14.5 | | 17.5 | V |
VPUV_F | VPWR欠壓下降閾值 | 端口去斷言VPUV | 25 | 26.5 | 28 | V |
VUVLOPW_R | VPWR UVLO上升閾值 | | 15.5 | | 18.5 | V |
圖1 TI TPS23861+MSP430解決方案
而對(duì)于PD而言， UVLO通常為35~39V，因此標(biāo)準(zhǔn)PD不能在30V系統(tǒng)中使用。
圖2為IEEE 802.3af端口通電進(jìn)度。檢測(cè)是接通端口的第一階段。繼成功檢測(cè)之后，1型PSE可以選擇性地使用1事件物理層分類法對(duì)PD進(jìn)行分類。有效分類結(jié)果為0、1、2、3和4類。如果1型PSE未能實(shí)現(xiàn)分類，則1型PSE應(yīng)將所有PD分配給0類。1型PSE可以選擇性地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層分類。
圖2 IEEE 802.3af標(biāo)準(zhǔn)端口接通進(jìn)度
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，單個(gè)“偽”PD設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)PoE功率傳輸，如圖3所示。VDD和VSS之間的一個(gè)24.9kΩ電阻器和0.1uF電容器是檢測(cè)電阻器。分級(jí)電壓通常為18.5V（典型值），因此放置一個(gè)18V齊納二極管以確保在PSE分類期間切斷VSS FET。分類后，PSE接通端口，當(dāng)VDD-VSS電壓高于18V+VGS(th)時(shí)，VSS FET導(dǎo)通。10V齊納二極管用于GS電壓鉗制。圖x顯示了非隔離式PD電源解決方案，這是一個(gè)也可選擇的隔離式電源轉(zhuǎn)換器解決方案。
圖3 “偽”PD結(jié)構(gòu)
具有30V電纜電壓的整體PoE電源傳輸系統(tǒng)，如圖4所示。
圖4 具有30V電纜電源的PoE系統(tǒng)
總之，該P(yáng)SE +“偽”PD解決方案可以實(shí)現(xiàn)PoE功能。它可以在保證電流保護(hù)和末端設(shè)備檢測(cè)的同時(shí)通過以太網(wǎng)電纜傳輸電力。因?yàn)闆]有分類，所以1型和0類是唯一的選擇，末端設(shè)備側(cè)的最大輸出功率為12.95W。
