演示电路804：集成开关调节器的以太网供电PD接口快速上手

在以太网供电（PoE）应用的设计中，一个高效且稳定的PD（受电设备）接口至关重要。今天我们就来深入了解一下演示电路804，它采用了LTC4267芯片，为PoE应用提供了完整的IEEE 802.3af PD接口和隔离的3.3V电源解决方案。

文件下载：DC804B-A.pdf

1. 产品概述

1.1 电路特性

演示电路804以LTC4267为核心，集成了25kΩ签名电阻、分类电流源、热过载保护、签名禁用和电源良好信号等功能，同时还具备针对IEEE所需二极管桥优化的欠压锁定功能。其精密的双级输入电流限制，使得LTC4267能够为负载电容充电，并与传统PoE系统进行接口。此外，它还结合了一个电流模式开关控制器，用于驱动6V额定的N沟道MOSFET，具有可编程斜率补偿、软启动和恒定频率操作等特性，即使在轻负载情况下也能将电气噪声降至最低。

1.2 版本与性能

DC804演示板有-A、-B和-C三种变体，分别输出3、5和8.5瓦的功率。表1展示了该电路在 (T_{A}=25^{circ} C) 时的性能参数：	PARAMETER	CONDITION	VALUE
Minimum Turn-on Voltage	Input from PSE	-39V
Maximum Turn-off Voltage	Input from PSE	-33V
Auxiliary input voltage range	Input from 24V auxiliary power	+38V to +57V
Minimum operating voltage	I out = Maximum rated load	-36V
Maximum Input Current	Input from PSE	400 mA
Maximum Output Current	Version -A, V out =3.3V Version -B, V out =3.3V Version -C, V out =3.3V	1.0A 1.6A 2.6A
Output Voltage	V in =48VDC, from PSE, I out =max output current	3.3V, typical
Output Regulation	Line (50% to 100% full load)	±2%, typical
Load (0% to 100% of rated full load)	±2%, typical
Isolation Voltage	Basic Insulation	250VDC

2. 工作原理

2.1 接口连接

演示电路804通过集成连接器J1实现所需的以太网输入接口变压器耦合和共模终端，与客户的PoE测试设置进行接口。在DC804执行IEEE 802.3af接口功能时，允许数据在板内进出。电源设备（PSE）连接到J1，物理层（PHY）可选择连接到J2。

2.2 电容要求

在检测过程中，PD需要0.1uF的电容，由C2提供；在浪涌电路之后，至少需要5uF的电容，由电容C1和C9提供。

2.3 检测与分类

该演示电路允许根据IEEE 802.3af规范对PD进行检测和功率分类。在PD检测过程中，LTC4267会显示适当的25kΩ签名电阻。如果需要，可以通过在JP5处设置跳线来禁用签名检测，但这样会同时禁用LTC4267的所有接口功能。分类通过连接到RCLASS引脚的单个外部电阻进行编程，在该演示电路中，可以通过在JP0、JP1、JP2、JP3或JP4上放置单个跳线来轻松设置分类。不过需要注意的是，并非每个演示电路都能表现得像四个类别中的任何一个，例如DC804B - A设计用于为1类PD产生3.3V电源，不能为3类设备提供足够的功率。

2.4 电源启动与维持

检测和分类后，当输入电压超过LTC4267的开启欠压锁定（UVLO）时，PD通过双级电流限制电源开关上电。当POUT和VPORTN之间的电压高于电源良好跳闸点时，通过电源开关的电流保持在低电平电流限制以下；当电压低于该跳闸点时，电源良好信号变为低电平有效，通过电源开关的电流保持在高电平电流限制以下。为了使PD保持通电状态，它必须向PSE呈现维持功率签名（MPS）的交流和直流分量，并且PD必须通过至少吸取10mA的电流来保持直流MPS，否则PSE可能会断开电源。可以通过在JP6处启用最小负载来使DC804演示电路吸取所需的10mA电流。

2.5 功率路径

同步反激转换器由LT4267的电流模式控制器部分控制，典型开关频率为200kHz。通过变压器T1和光隔离器ISO2实现电隔离。初级侧功率路径由C1、L1、C9、T1的一半、Q2和R11组成，这些组件在布局印刷电路板时应尽可能靠近。R4和C6用于抑制Q2上的开关尖峰，应尽可能靠近Q2放置。次级侧功率路径由T1的另一半、D5、C4、C5和C18组成，这些部件也应尽可能靠近布局，且不与初级侧的任何电路或走线重叠。R5和C3用于抑制D5上的开关尖峰，应尽可能靠近D5放置。

3. 快速启动步骤

3.1 连接电源

在关闭PSE的电源后，通过J1滤波以太网连接器将输入电源连接到电路板。除了PSE，DC804板还可以通过VSIG +和VSIG - 端子由备用输入电源供电，也可以通过SPARE +和SPARE - 端子连接备用输入电源，但只需连接一组即可，不要连接多个电源。

3.2 设置分类

在JP0至JP4中的一个位置安装跳线，以确定功率设备的分类。

3.3 启用功能

在JP5处安装跳线至“enable”。

3.4 调整负载

根据需要在JP6处连接或移除DC维持功率签名最小负载。

3.5 开启电源

开启PSE或备用输入电源，逐渐增加电压直至电源转换器开启，但要注意不要超过57VDC。

3.6 验证状态

验证正确的分类、签名检测和电源良好信号状态。

3.7 检查输出

检查输出电压，典型值应为3.3V。如果没有输出，暂时断开负载，确保负载设置不过高。

3.8 调整参数

在建立正确的输出电压后，在适当范围内调整负载电流，并观察输出调节、纹波电压、效率和其他参数。

此外，如果仅通过V +和 - 48V端子使用可选辅助电源为DC/DC调节器供电，可以绕过LTC4267的PD接口。但即使绕过PD接口，为了使电源良好信号启用电流模式控制器，也必须启用签名检测。

4. 可选电路

DC804配备了可选电路，其功能主要分为三类：现有控制环路修改、非隔离反馈和LT4430电路。

4.1 现有反馈补偿修改

C11和C14位置的焊盘用于修改现有的反馈补偿，但需要注意的是，在这些位置添加组件可能会改变电压调节器的行为，导致不稳定。

4.2 非隔离反馈

如果不需要隔离反馈电路，可以使用R1、R15和C12位置的焊盘。此时，通过移除D9、ISO2和R13位置的组件来禁用隔离控制电路，并通过移除C15并用低交流阻抗短路代替来将次级侧接地参考连接到初级侧。

4.3 LT4430电路

电路板底部的所有组件用于集成Linear Technology的LT4430，这是一款高性能次级侧光耦合器驱动器。要使用LT4430，需要根据不同版本移除或更换一些组件，具体操作请参考LT4430数据手册。

在使用演示电路804进行设计时，设计师必须确保PD输入电流要求在设备的工作电压范围内不超过LTC4267的电流限制，以保证电路的正常运行。大家在实际应用中有没有遇到过类似电路设计的挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验。