通過完整的PD接口和集成式開關穩壓器簡化PoE實施

IEEE 802.3af 以太網供電 （PoE） 是通過 Cat-5 電纜供電的標準，無需插入以太網的設備使用交流適配器。PoE 系統中的兩個主要組件是供電設備 （PSE） 和受電設備 （PD），前者提供電力，后者接收和使用電力。PSE 不會向負載供電，除非它檢測到有效的特征電阻，這將兼容的 PD 與無法接收電源的設備區分開來。PD 獲得電源后，還必須將 –48V PoE 有效地轉換為合適的電源電壓。典型的PD設計采用兩個IC來完成這些任務。簡化PD設計的一個明顯方法是將接口和DC-DC轉換電路集成到單個器件中。

LTC4267 通過將一個符合 IEEE 802.3af 標準的 PD 接口與一個電流模式開關穩壓器相結合，減小了 PD 的復雜性和尺寸。圖 1 顯示了該器件的框圖。LTC4267 包括 25kΩ 特征電阻器、分類電流源、熱過載保護、特征禁用和一個電源良好信號，以及一個專為與 IEEE 要求的二極管電橋配合使用而優化的欠壓閉鎖 （UVLO）。精準的雙電平電流限制允許 LTC4267 對大負載電容器充電，并與傳統 PoE 系統接口。電流模式開關穩壓器專為驅動額定電壓為 6V 的 N 溝道 MOSFET 而設計，具有可編程斜率補償、軟啟動和恒定頻率操作功能，即使在輕負載條件下也能最大限度地降低噪聲。LTC4267 包括一個內置誤差放大器和電壓基準，因而允許其在隔離和非隔離配置中使用。所有這些功能都集成在一個節省空間的扁平 16 引腳 SSOP 或 DFN 封裝中。

圖1.LTC4267 框圖。

PD 實施變得簡單

圖2顯示了一個完整的PD檢測和電源轉換應用，證明了PD實現是多么簡單。LTC4267 的封裝尺寸是業界最小的，許多傳統上由外部組件實現的電路都已折疊到該器件中。

圖2.具有 2.3V 隔離電源的 3 類 PD。

在檢測過程中，供電設備 （PSE） 通過施加兩個電壓、測量相應的電流，然后執行 ΔV/ΔI 計算來識別是否存在符合 IEEE 802.3af 標準的 PD。一個25kΩ特征電阻向PSE發出信號，表明存在有效的PD，并準備接收電源。大多數局部放電檢測解決方案需要一個或多個外部電阻才能在檢測過程中顯示有效的特征。LTC4267 的優點之一是一個內部溫度補償型 25kΩ 特征電阻器，該電阻器經過精準修整以考慮輸入二極管電橋和所有并聯漏電路徑的串聯電阻。這確保了正確的局部放電檢測，而無需確定外部組件的尺寸。

另一個獨特的功能是簽名禁用功能。當 SIGDISA 引腳被激活時，LTC4267 提供了一個 9kΩ 電阻，該電阻向 PSE 發出不為 PD 供電的信號。此功能簡化了與外部電源（如墻上變壓器）的接口。

一旦 PSE 檢測到 LTC4267，PSE 就可以通過檢測一系列負載電流來對 PD 進行分類。LTC4267 提供了一種簡單的 PD 分類方案：PD 設計人員使用單個 R 來設置分類負載電流.CLASS電阻或離開 R.CLASS0 類的引腳打開。在分類期間，LTC4267 從 V波特普通過引腳穿過 RCLASS 電阻器，通知 PSE PD 功率要求。

IEEE 802.3af 規定分類電壓范圍介于 –15.5V 至 –20.5V 之間。然而，LTC4267 設計用于在 –15.5V 至 –36V 標稱值的 UVLO 導通門限范圍內保持分類模式。IEEE 802.3af不需要這種擴展的分類范圍，但增加的范圍通過在導通電壓之前保持單調增加的V-I特性，有助于PSE-PD上電穩定性。

LTC4267 提供了一種完整的獨立式雙通道電流保護，無需任何外部組件。LTC4267 獨特的電流限制方法可確保 PD 與新舊 PSE 的互操作性，并且與競爭產品不同，LTC4267 不依賴于 PSE 來監視電流限制。當 LTC4267 達到 UVLO 導通電壓并準備提供電源時，LTC4267 將浪涌電流限制在 140mA 標稱值，直到負載電容器 （CLOAD在圖2中）充電至最終值的1.5V以內。一旦達到此電壓門限，限流門限將切換至375mA標稱電流，用于PD操作的其余部分。雙電平電流限制允許電流源能力有限的傳統 PSE 為 PD 供電，同時允許 PD 最大限度地提高符合 IEEE 802.3af 標準的 PSE 的功率利用率。通過在 PD 上電后保持一個 375mA 的電流限值，LTC4267 使 PD 不依賴于 PSE 來實現電流限制，并避免了可能的互操作性問題。這些限流功能由板載 100V、400mA N 溝道功率 MOSFET 和內部檢測電阻器控制。

LTC4267 在負載電容器 （CLOAD在圖2）中充電至最終值的1.5V以內。電源良好信號可用于向開關穩壓器發出信號，表明 PD 接口已為負載電容器充電并準備通電。電源良好電路中包括一個 3V 遲滯，因而允許 LTC4267 在電流限制點附近工作，而不會無意中呈現一個無效的電源就緒。

熱停機電路監視管芯溫度，作為自保護 LTC4267 和其他電子電路免受過流或過熱情況影響的額外手段。如果此類事件發生在分類序列（PSE 探測超過 IEEE 規定的最大值 75ms）或正常 PD 操作（多次接通事件）中，則熱停機電路通過斷開輸出負載的電源并禁用分類電流來保護 LTC4267，直到芯片恢復到安全的工作溫度。

在最簡單的情況下，可通過 VPORTP 和 PVCC 之間的壓降電阻器為 LTC4267 開關穩壓器供電。一個內部并聯穩壓器將電源維持在 9.4V，提供柵極驅動所需的電壓。LTC4267 還可采用一個前置穩壓器和 / 或一個反激式變壓器上的一個單獨的偏置繞組來供電。這些方法中的每一種都提高了效率。在使用反激式方法時，并聯穩壓器尤為重要，因為它還具有保護 LTC4267 PVCC 引腳免受過大電壓影響的重要功能。

LTC?4267 開關穩壓器具有兩種在初始上電序列期間啟用操作的方法。PVCC引腳包括一個帶遲滯的UVLO電路，ITH/RUN引腳用作內部誤差放大器的使能和補償點。接口電路為負載電容器充電后，利用 ITH/RUN 和 PVCC 引腳使能開關穩壓器操作。請注意，必須使能兩個引腳才能開始操作。通過將 PVCC 引腳拉至 UVLO 關斷門限以下或將 ITH/RUN 引腳拉至 0.28V 標稱閾值以下，可以禁用開關穩壓器。

在PD接口電路和開關穩壓器之間實現魯棒的上電序列對于成功的PD應用至關重要。電源良好信號表示負載電容器已充電，該信號可用于使能開關穩壓器。由PWRGD驅動的N溝道晶體管可用于通過箝位P來禁用開關穩壓器可變資本公司或我千/運行引腳。禁用開關穩壓器直到負載電容充電也可以通過在P上設置RC延遲來實現?？勺冑Y本公司引腳如圖2所示。LTC4267 的靈活性使 PD 設計人員能夠自由地以多種方式實施一個受控的上電序列。

LTC4267 具有一種軟起動功能，該功能可在 ITH/RUN 引腳松開后提供額外的 1.4ms 延遲。軟啟動功能可降低開關穩壓器浪涌電流并減少輸出過沖。與競爭產品不同，編程此延遲沒有最小外部電容要求。設計人員可以選擇通過在 ITH/RUN 和 PGND 引腳之間使用一個外部電容器來提供額外的軟啟動延遲。

LTC4267 中集成了一個具有一個精準電壓基準的內部誤差放大器。此功能在非隔離電源應用中特別理想，因為PD設計人員不需要添加外部放大器或基準電壓源。內部精密基準在 1oC 至 5oC 溫度范圍內提供 ±0.70% 以內的輸出電壓精度。對于隔離式電源應用，通過將VFB引腳連接到PGND，并將外部誤差放大器和光隔離器連接到I，可以禁用內部誤差放大器和基準電壓源千/運行引腳。圖 2 示出了使用一個外部放大器的隔離式電源示例，圖 3 示出了使用 LTC4267 內部誤差放大器的非隔離電源。

圖3.3 類 PD，帶 5V 非隔離電源。

斜率補償對于穩定控制環路以免受次諧波振蕩至關重要，LTC4267 通過在 LTC4267 的檢測電阻器和 SENSE 引腳之間包含一個可選電阻器來提供斜率補償。SENSE 引腳監視檢測電阻兩端的電壓。它還通過斜率補償電阻提供 5μA 電流，從而將 SENSE 引腳電壓提高到檢測電阻器電壓以上。這反過來又修改了開關穩壓器的占空比，防止了次諧波振蕩。

結論

LTC?4267 是一款獨立的以太網供電 PD 接口，其結合了 802.3af PD 分類和一個開關穩壓器。它集成了許多傳統上由單獨組件實現的功能，但它保留了外部組件提供的靈活性。結果是一個緊湊，易于使用但多功能的設備。

審核編輯：郭婷