消除波動(dòng)AC輸入引起LED閃爍的方法

IEEE802.3at規(guī)范定義的以太網(wǎng)供電（PoE）是通過(guò)一條CAT-5以太網(wǎng)電纜安全地傳輸應(yīng)用數(shù)據(jù)和電源的方法。由于它支持靈活地在任何地方安裝設(shè)備，沒(méi)有在附近提供交流電源的限制，也不需要電工進(jìn)行安裝，因此，它得到了廣泛應(yīng)用。最初的IEEE802.3afPoE規(guī)范限制了供電至受電設(shè)備（PD）的功率只有13W，這也就限制了設(shè)備的應(yīng)用范圍，例如IP電話和基本安防攝像機(jī)等。在2009年，IEEE802.3at規(guī)范將支持的功率增大到25.5W。但是，這還是無(wú)法滿足功率要求越來(lái)越高的PoE應(yīng)用需求，例如，微微蜂窩基站、無(wú)線接入點(diǎn)、LED標(biāo)牌和加熱云臺(tái)變焦（PTZ）室外攝像機(jī)等。在2011年，凌力爾特公司發(fā)布了新的專(zhuān)有標(biāo)準(zhǔn)LTPoE++?，將PoE和PoE+規(guī)范擴(kuò)展到90W供電，同時(shí)還維持與IEEEPoE標(biāo)準(zhǔn)100%的兼容。它支持四種不同的功率等級(jí)（38.7W、52.7W、70W、90W），可以根據(jù)應(yīng)用要求來(lái)調(diào)整電源供電。

LTPoE++供電設(shè)備（PSE）采用了更智能的PSE隔離體系結(jié)構(gòu)，以減少元器件數(shù)量，盡量少使用昂貴的外部元器件。全面的電纜放電保護(hù)和80V絕對(duì)最大值的引腳保證了現(xiàn)場(chǎng)工作的高可靠性。采用外部FET使散熱性能可滿足應(yīng)用需求，提高了系統(tǒng)效率，增強(qiáng)了長(zhǎng)期可靠性。LTPoE++體系結(jié)構(gòu)只需要一個(gè)PSE和PD控制器，就能夠通過(guò)4對(duì)100mCAT-5e電纜提供90W的功率。

系統(tǒng)隔離要求

要實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)供電，需要仔細(xì)的選擇體系結(jié)構(gòu)和元器件，以降低系統(tǒng)成本，同時(shí)提高性能和可靠性。一個(gè)成功的設(shè)計(jì)必須滿足IEEE隔離要求，在短路和過(guò)流事件時(shí)保護(hù)HotSwap?FET，或者符合IEEE規(guī)范。PoE規(guī)范清楚地闡述了隔離要求，在PD應(yīng)用電路中，確保斷開(kāi)接地環(huán)路，維持以太網(wǎng)數(shù)據(jù)完整性并降低噪聲。

傳統(tǒng)的PSE隔離體系結(jié)構(gòu)在主機(jī)至PSE控制器接口處隔離數(shù)字接口和電源。光耦合器等數(shù)字隔離單元本質(zhì)上非常昂貴而且不可靠。能夠?qū)崿F(xiàn)隔離功能的IC成本非常高，不支持I2C高速傳送。而且，對(duì)PSE邏輯供電的隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器增大了電路板面積和系統(tǒng)成本。

輕松實(shí)現(xiàn)隔離

凌力爾特公司的12端口（LTC4270/LTC4271）和8端口PSE（LTC4290/LTC4271）芯片組采用了不同的PSE隔離方法，將所有的數(shù)字功能遷移到隔離邊界的主機(jī)側(cè)（圖1）。這極大的降低了所需元器件的成本和復(fù)雜性。不再需要單獨(dú)的隔離DC/DC電源；LTC4271數(shù)字控制器可以使用主機(jī)的邏輯電源。LTC4271使用變壓器隔離通信方法控制LTC4290或LTC4270。低成本和廣泛應(yīng)用的以太網(wǎng)變壓器對(duì)可替代6個(gè)光耦合器。在協(xié)議中編程實(shí)現(xiàn)含有端口管理、復(fù)位和快速端口關(guān)斷功能的I2C通信機(jī)制，從而降低了輻射能量，提供1500V的隔離。

圖1：LTC4290/LTC4271芯片組實(shí)現(xiàn)了隔離功能，不需要任何光隔離器以及專(zhuān)用隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器

可靠的電纜放電保護(hù)功能

考慮PoE設(shè)計(jì)的可靠性非常重要，特別是處理大量的電纜、高電壓、大電流或者高溫的情況。凌力爾特公司在這方面經(jīng)驗(yàn)豐富，設(shè)計(jì)了低成本、大吞吐量的電路保護(hù)方案，能夠靈活的調(diào)整滿足IEC61000電纜放電電壓要求。只需要一個(gè)TVS來(lái)保護(hù)高電壓模擬電源，而在每一個(gè)輸出端口上采用一對(duì)低成本箝位二極管（圖2）。端口上的二極管引導(dǎo)有害的浪涌進(jìn)入電源軌中，它們被浪涌抑制器以及VEE旁路電容吸收掉。浪涌抑制器還有保護(hù)PSE控制器不受VEE供電瞬變影響的優(yōu)點(diǎn)。凌力爾特的PSE控制器在所有模擬引腳上還有80V絕對(duì)最大額定限制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)瞬變的保護(hù)。

圖2：可靠的電纜放電保護(hù)

降低功耗

凌力爾特的第四代PSE和PD控制器與IEEE802.3at規(guī)范完全兼容，而且LTPoE++功率達(dá)到了90W，同時(shí)通過(guò)使用低RDS（ON）外部MOSFET和0.25Ω檢測(cè)電阻減小了熱耗散。這對(duì)于大功率系統(tǒng)非常重要，在這些系統(tǒng)中散熱設(shè)計(jì)和功率損耗的成本非常高，對(duì)于功率受限的應(yīng)用也非常重要，這些應(yīng)用要求在功率預(yù)算內(nèi)盡可能提高工作功率。集成了MOSFET的PSE和PD控制器具有較高的RDS（ON）參數(shù)，由于在器件內(nèi)部散熱，因此，很難進(jìn)行散熱設(shè)計(jì)。對(duì)一個(gè)端口的損害會(huì)導(dǎo)致整個(gè)芯片受損。

LT4275（圖3）是市場(chǎng)上唯一能夠控制外部MOSFET的PD控制器，極大的降低了PD總熱耗，提高了功效，這對(duì)于較大功率應(yīng)用非常重要。這一創(chuàng)新的方法支持用戶調(diào)整MOSFET以滿足應(yīng)用的散熱和效率要求，支持使用30mΩ量級(jí)的低RDS（ON）MOSFET。LT4275能夠支持高達(dá)90W的功率。

一個(gè)TVS和100V絕對(duì)最大端口引腳足以保護(hù)電纜放電事件。LT4275工作在較寬的-40°C至125°C溫度范圍，具有過(guò)溫保護(hù)功能，在瞬時(shí)過(guò)載時(shí)保護(hù)器件。采用這一更強(qiáng)大的保護(hù)功能，很容易就可體驗(yàn)可靠的應(yīng)用。

圖3：LTPoE++PD控制器使用外部MOSFET以提高了功效

LTPoE++是怎樣工作的

LTPoE++使用了3事件分級(jí)機(jī)制，在PSE和PD之間提供互識(shí)別信號(hào)，同時(shí)維持了與IEEE802.3at標(biāo)準(zhǔn)的后向兼容。通過(guò)PD對(duì)3事件分級(jí)機(jī)制的響應(yīng)，LTPoE++PSE確定PD是1類(lèi)（PoE）、2類(lèi)（PoE+），還是LTPoE++器件。LTPoE++PSE使用3事件分級(jí)機(jī)制導(dǎo)致ICUT和ILIM門(mén)限更新。PSE使用ICUT門(mén)限監(jiān)控PD電流消耗。在嚴(yán)重的電流故障時(shí)，ILIM用作硬電流限制，以保護(hù)PSE電源供電。

在另一端，LTPoE++PD使用它收到的分級(jí)事件號(hào)，確定連接1類(lèi)、2類(lèi)，還是LTPoE++PSE。如果LTPoE++PSE測(cè)量到PD的第一個(gè)分級(jí)事件電流是0級(jí)、1級(jí)、2級(jí)，或者3級(jí)，LTPoE++PSE把端口作為1類(lèi)器件進(jìn)行供電。否則，如果在第一個(gè)分級(jí)事件中，識(shí)別到4級(jí)，LTPoE++PSE會(huì)繼續(xù)PoE+規(guī)范定義的第二個(gè)分級(jí)事件。這告訴PD，它連接至2類(lèi)或LTPoE++PSE。沒(méi)有第二個(gè)分級(jí)事件表明了PD連接至1類(lèi)PSE，這限制為1類(lèi)供電。

2類(lèi)PD物理層分級(jí)由IEEE定義為兩個(gè)連續(xù)4級(jí)結(jié)果。一個(gè)LTPoE++PD必須在第一和第二個(gè)分級(jí)事件中顯示兩個(gè)連續(xù)4級(jí)結(jié)果，使得LTPoE++PD呈現(xiàn)為2類(lèi)PD至2類(lèi)PSE。

在第一和第二個(gè)分級(jí)事件中，在有效的4級(jí)測(cè)量后，LTPoE++PSE會(huì)遷移到第三個(gè)分級(jí)事件上。兩次成功的4級(jí)測(cè)量后，進(jìn)行第三次分級(jí)事件。第三次分級(jí)事件必須轉(zhuǎn)換到不同于4級(jí)的其他級(jí)別，把PD識(shí)別為支持LTPoE++。在第三個(gè)分級(jí)事件過(guò)程中，LTPoE++PSE認(rèn)為維持4級(jí)的PD是2類(lèi)PD。對(duì)于所有分級(jí)事件，IEEE802.3at標(biāo)準(zhǔn)要求兼容2類(lèi)PD重復(fù)4級(jí)響應(yīng)。第三個(gè)分級(jí)事件告訴LTPoE++PD，它連接至LTPoE++PSE。表1顯示了各種PD功率的分級(jí)事件組合。

　　LTPoE++ 即插即用解決方案

LTPoE++提供安全和可靠的即插即用解決方案，極大的降低了PSE和PD的工程復(fù)雜性。LTPoE++相對(duì)于其他電源擴(kuò)展拓?fù)?/strong>的優(yōu)點(diǎn)在于只需要一個(gè)PSE和PD便能夠在一條CAT-5e電纜上提供90W功率，大幅度節(jié)省了空間，降低了成本，縮短了開(kāi)發(fā)時(shí)間。LTPoE++解決方案減少了材料和相關(guān)的元器件成本，還提供目前功效最高的端到端解決方案，顯著降低了總體擁有成本，增大了對(duì)實(shí)際應(yīng)用的供電，同時(shí)降低了熱耗，不需要高成本的散熱器設(shè)計(jì)。

LTPoE++最突出的一點(diǎn)是，對(duì)于軟件級(jí)功率協(xié)商，它不需要使用IEEEPoE+規(guī)范制定的鏈路層發(fā)現(xiàn)協(xié)議（LLDP）。LLDP要求擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)堆棧，需要很大的軟件開(kāi)發(fā)投入。LTPoE++PSE和PD自主地協(xié)商功率要求以及硬件級(jí)能力，同時(shí)保持了與基于LLDP解決方案的完全兼容。這樣，LTPoE++系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠選擇是否實(shí)現(xiàn)LLDP。專(zhuān)用端到端系統(tǒng)可能會(huì)選擇放棄LLDP支持。這帶來(lái)了產(chǎn)品及時(shí)面市優(yōu)勢(shì)，而且還降低了BOM成本，減小了電路板面積和復(fù)雜性。

第四代的高級(jí)特性

凌力爾特的以太網(wǎng)供電PSE控制器系列在PoE經(jīng)驗(yàn)上非常成熟和專(zhuān)業(yè)，已受供貨的2億多端口支持。新的第四代特性包括支持設(shè)計(jì)未來(lái)不會(huì)過(guò)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)更新固件。可選1秒電流平均是另一新特性，簡(jiǎn)化了主機(jī)電源管理功能。高級(jí)電源管理特性包括優(yōu)先級(jí)快速關(guān)斷、12位每端口電壓和電流回讀、8位可設(shè)置電流限制、以及7位可設(shè)置過(guò)載電流門(mén)限等。一個(gè)1MHzI2C接口支持主機(jī)控制器對(duì)IC進(jìn)行數(shù)字配置，或者進(jìn)行隊(duì)列端口讀取操作。提供“C”庫(kù)，以降低工程成本，使產(chǎn)品盡快上市。

結(jié)論

凌力爾特提供業(yè)界功耗最低的單端口、4端口、8端口和12端口PSE控制器，還提供堅(jiān)固的ESD和電纜放電保護(hù)功能，減少了元器件數(shù)量，實(shí)現(xiàn)了高性價(jià)比設(shè)計(jì)。與LT4275PD控制器相結(jié)合，一個(gè)完整的即插即用LTPoE++系統(tǒng)能夠提供90W功率，同時(shí)保持了與PoE+和PoE標(biāo)準(zhǔn)的完全兼容。整個(gè)解決方案使用了外部低RDS（ON）MOSFET，以極大地降低PD總熱耗散，提高了功效，這對(duì)于所有功率級(jí)都非常關(guān)鍵。所有模擬引腳的高值絕對(duì)最大額定電壓和高性價(jià)比電纜放電保護(hù)功能確保了器件受到很好的保護(hù)，不受最常見(jiàn)以太網(wǎng)電壓浪涌的損害。LTPoE++系統(tǒng)簡(jiǎn)化了功率輸送，幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員將設(shè)計(jì)精力集中在高價(jià)值應(yīng)用中。