TPS23751和TPS23752：高效PoE接口与DC - DC控制器的完美结合

在电子设计领域，PoE（Power over Ethernet）技术凭借其便捷性和高效性，在众多应用场景中得到了广泛应用。德州仪器（TI）推出的TPS23751和TPS23752两款产品，为PoE应用提供了强大的解决方案。今天，我们就来深入了解一下这两款产品的特性、应用以及设计要点。

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一、产品概述

TPS23751是一款16引脚的集成电路，将以太网供电（PoE）受电设备（PD）接口与电流模式DC - DC控制器完美结合，专为在宽负载范围内实现高效率的应用而优化。TPS23752则是TPS23751的20引脚扩展版本，增加了睡眠模式功能，能进一步降低功耗。

1.1 主要特性

• IEEE 802.3at分类与状态标志：支持IEEE 802.3at分类，具备状态标志，能在宽负载范围内实现高效解决方案。
• 高功率支持：可支持高达25.5W的PD设备，内置100V、0.5Ω的热插拔MOSFET，确保稳定供电。
• 同步整流禁用信号：提供同步整流禁用信号，采用PowerPAD™ TSSOP封装，散热性能良好。
• 完整的PoE接口与DC - DC控制器：集成了完整的PoE接口和DC - DC控制器，简化设计。
• 适配器ORing支持：支持适配器ORing功能，提高电源的可靠性。
• 可编程频率：TPS23752支持超低功耗睡眠模式，且频率可编程。
• 宽温度范围：工作结温范围为 - 40°C至125°C，适应各种恶劣环境。

1.2 应用领域

• IEEE 802.3at兼容设备：如视频电话、VoIP电话、多频段接入点等。
• 安防监控设备：为安全摄像头提供稳定的电源。
• 微基站：满足微基站的供电需求。

二、产品详细特性

2.1 引脚配置与功能

两款产品的引脚配置各有特点，涵盖了电源输入、控制、检测等多个功能。例如，VDD引脚连接到PoE输入电源的正极，为设备提供工作电源；DEN引脚用于检测和使能，通过连接特定电阻来生成检测信号；CLS引脚通过连接外部电阻来设置分类电流等。

2.2 电气特性

• 绝对最大额定值：明确了各引脚的电压、电流等参数的最大承受范围，确保设备在安全的工作条件下运行。
• ESD额定值：具备一定的静电放电保护能力，其中人体模型（HBM）为2000V，充电设备模型（CDM）为500V。
• 推荐工作条件：给出了输入电压、电流、电阻、电容等参数的推荐范围，为设计提供了参考。
• 电气特性 - 控制器部分：包括VC（栅极驱动电源）、VB（偏置电源）、RT（振荡器）等参数的详细特性，如开关频率、占空比、阈值电压等。
• 电气特性 - 睡眠模式（TPS23752仅）：详细描述了睡眠模式下各引脚的特性，如SLPb、MODE、WAKE等引脚的阈值电压、输入电流等。
• 电气特性 - PoE接口部分：涵盖了检测电流、分类电流、阈值电压等参数，确保PoE接口的正常工作。

2.3 功能模块

• PoE功能：包括检测、分类、启动等过程，符合IEEE 802.3at标准。通过检测PD的签名，PSE可以确定是否为其供电，并进行分类以了解PD的功率需求。
• 睡眠模式（TPS23752）：当SLPb引脚输入低电平时，设备进入睡眠模式，此时转换器禁用，VDD调节VC至12.8V，LED输出激活，同时满足IEEE 802.3at DC MPS要求，以保持PSE对PD的供电。
• DC - DC控制器：采用典型的电流模式控制和可变频率操作，优化轻载效率。在PWM模式下，外部误差放大器和光耦驱动CTL引脚来控制电流；在VFO模式下，电感峰值电流固定，CTL电压改变开关频率。

三、应用与设计要点

3.1 典型应用电路

TPS23751和TPS23752支持单PWM栅极驱动和电流模式控制的电源拓扑，如同步整流反激式转换器。在设计应用电路时，需要考虑多个方面的因素。

3.2 设计要点

• 输入桥和肖特基二极管：使用肖特基二极管可降低功率损耗，但要注意其反向泄漏电流、ESD耐受性等问题。
• 保护措施：在整流后的PoE电压上使用TVS二极管，限制输入瞬态电压，确保设备安全。
• 电容选择：根据IEEE 802.3at标准，选择合适的输入旁路电容，一般为0.1μF、100V、10%的陶瓷电容。
• 检测和分类电阻：按照标准要求，选择合适的检测电阻RDEN（推荐24.9kΩ ±1%）和分类电阻RCLS，以满足PD的功率需求。
• APD引脚分压器网络：APD引脚可用于禁用内部热插拔MOSFET，使适配器电源优先于PoE。
• PWM - VFO阈值设置：通过SRT引脚设置PWM和VFO模式的转换阈值，根据电路效率和负载情况进行选择。
• 频率设置：通过RT引脚连接电阻来设置PWM模式下的开关频率，可根据需求进行调整。
• 电流斜率补偿：在必要时，可通过添加外部电阻RS来增加电流斜率补偿，确保系统的稳定性。
• 电压前馈补偿：添加电阻RVFF可提供额外的电压前馈补偿，改善输出折回电流限制特性和降低初级开关MOSFET的电压应力。
• 偏置电源和Cvc估算：根据电源控制电路的功率和电流需求，选择合适的Cvc电容，确保系统的正常启动和运行。
• 开关变压器和Rvc：设计变压器和VC偏置电路时，要注意控制偏置绕组的过冲，可使用串联电阻或R - C滤波器。
• T2P引脚接口：T2P引脚为低电平有效、开漏输出，可通过光耦与转换器次级侧的电路接口，指示高功率源的可用性。
• 软启动：为防止启动时输出过冲，需要在电压误差放大器上添加软启动电路，同时TPS23751和TPS23752提供初级侧软启动功能。
• 开关MOSFET选择：选择转换器开关MOSFET时，要确保其在低栅极电压下能够承受预期的峰值故障电流。
• ESD和热设计：考虑ESD保护和热设计，避免设备受到静电损坏和过热影响。

四、总结

TPS23751和TPS23752为PoE应用提供了全面而高效的解决方案。它们不仅具备丰富的功能和良好的电气特性，还在设计上考虑了各种实际应用场景的需求。在实际设计中，工程师需要根据具体的应用需求，合理选择和配置这些产品，同时注意各个设计要点，以确保系统的稳定性和可靠性。你在使用这两款产品的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。