LM5070控制器及其在以太網(wǎng)電源管理器中的應(yīng)用

引言

對(duì)于寬帶網(wǎng)絡(luò)電話來說，采用不間斷電源 (ups) 的標(biāo)準(zhǔn)可保證供電更穩(wěn)定可靠，以及較少出現(xiàn)供電電壓浪涌、盜用、中斷或斷線等情況；對(duì)于無線接入點(diǎn)（ap）系統(tǒng)來說，這些系統(tǒng)也無需加設(shè)交流電源、供電線路或輸出口。采用以太網(wǎng)供電技術(shù)的電源管理芯片具備遠(yuǎn)程通電/斷電功能，確保電源管理工作可以發(fā)揮極大的靈活性。以太網(wǎng)饋電系統(tǒng)可以利用以太網(wǎng)的電纜及輸入/輸出端口為寬帶網(wǎng)絡(luò)電話、保安系統(tǒng)閉路電視攝像機(jī)、無線局域網(wǎng) (wlan) 節(jié)點(diǎn)以及樂器等供電。目前市場(chǎng)上同類的解決方案都需要采用兩至三顆芯片，但美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體的 lm5070 則是業(yè)內(nèi)首款設(shè)有電源管理接口端口及脈沖寬度調(diào)制器(pwm)，而且符合 ieee 802.3af 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的單芯片控制器，該芯片專為可支持以太網(wǎng)饋電 (poe) 的電子產(chǎn)品而設(shè)計(jì)，可大幅精簡(jiǎn)這類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。此外，這款控制器芯片還設(shè)有 80v/400ma 的線路連接開關(guān)、相關(guān)的以太網(wǎng)饋電接口電路以及可將 48v輸入電壓降低至適合不同負(fù)載采用的dc-dc控制器。

lm5070 芯片采用美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體的 abcd150-xv1 高電壓模擬雙極 cmos/dmos 工藝技術(shù)制造。這款高度集成的產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)較多，例如內(nèi)置采用電流模式的高頻dc-dc控制器，此外，用戶也可自行設(shè)定欠壓閾值及磁滯，而故障電流控制環(huán)路則具有較高的準(zhǔn)確度。這款芯片的操作電壓最高可達(dá)75v，振蕩器頻率則高達(dá) 1mhz，而且可由用戶自行設(shè)定，其他的特色還有過熱保護(hù)以及適用于非絕緣系統(tǒng)的電壓參考電路和高性能誤差放大器。

lm5070的主要特點(diǎn)及引腳功能

lm5070電源管供應(yīng)器接口端口和脈寬調(diào)制 （pwm）控制器在poe系統(tǒng)中，為受電設(shè)備（pd）提供一個(gè)完全綜合的解決方案。lm5070內(nèi)置采用電流模式的高頻dc-dc控制器，結(jié)合80v/400ma的線路連接開關(guān)，完全符合ieee 802.3af 標(biāo)準(zhǔn)的電源供應(yīng)器接口端口。具有內(nèi)部供電排序功能，poe電源管理芯片的接口與dc-dc轉(zhuǎn)換器之間的通訊可在lm5070芯片內(nèi)部進(jìn)行。lm5070性能良好，支持poe應(yīng)用的單芯片pd接口，適用于寬帶網(wǎng)絡(luò)電話、局域網(wǎng)、遠(yuǎn)程閉路電視保安攝錄系統(tǒng)、無線接入設(shè)備、掃描卡閱讀器以及電信設(shè)備的48v電源供應(yīng)控制系統(tǒng)。

其特點(diǎn)是：

完全符合ieee 802.3af標(biāo)準(zhǔn)的電源供應(yīng)器接口端口；

內(nèi)置80v、1 、400ma的mosfet；

可調(diào)節(jié)浪涌電流限幅；

檢測(cè)電阻斷路功能；

可調(diào)節(jié)分級(jí)電流；

可設(shè)定欠壓閾值及磁滯；

過熱停機(jī)保護(hù)功能；

電流模式脈沖寬度調(diào)制器；

可支持絕緣和非絕緣應(yīng)用；

針對(duì)非絕緣應(yīng)用設(shè)有誤差放大器及電壓參考電路；

可調(diào)節(jié)振蕩頻率；

可調(diào)節(jié)軟啟動(dòng)；

限制最大占空比為80%，提供斜率補(bǔ)償（ 80芯片）；

限制最大占空比為50%，不提供斜率補(bǔ)償（ 50芯片）；

可輸出800ma峰值電流的門極驅(qū)動(dòng)器；

采用tssop-16或llp-16封裝（5mm 5mm）。

lm5070的外引腳圖如圖1所示，各引腳功能見表1。

lm5070的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理

lm5070采用llp-16或tssop-16封裝，包含一個(gè)pwm控制器、可編程欠壓閾值及磁滯電路、標(biāo)記電阻斷接、內(nèi)部電源開關(guān)和電源時(shí)序電路，協(xié)調(diào)lm5070芯片中的pd接口與給負(fù)載供電的dc/dc步降控制器之間的運(yùn)行。pd接口端口的主要性能有檢測(cè)、分級(jí)、調(diào)節(jié)浪涌電流限幅、過熱保護(hù)、設(shè)定欠壓鎖定點(diǎn)以及電流限幅監(jiān)測(cè)。該芯片還有一個(gè)操作范圍可達(dá)75v高壓?jiǎn)?dòng)偏壓調(diào)節(jié)器，其開關(guān)電源（smps）的控制端口含有靈敏電源、vcc調(diào)節(jié)器欠壓鎖定、占空電流限制、誤差放大器、斜坡補(bǔ)償、軟啟動(dòng)及振蕩器同步性能。這個(gè)高速bicmos ic總傳播延遲小于100ns，并可用一個(gè)外置電阻來設(shè)定1mhz的振蕩器。為dc-dc轉(zhuǎn)換器拓?fù)洌ㄏ窕貟吆颓跋蛲負(fù)洌┨峁﹩为?dú)的驅(qū)動(dòng)輸出，lm5070 pwm控制器還為此提供電流模式控制。lm5070 pwm具備電流模式控制的所有優(yōu)點(diǎn)，包括饋電線路傳送、占空電流限制、簡(jiǎn)易電路補(bǔ)償，若振蕩器斜坡減弱，可啟動(dòng)pwm比較器提供斜率補(bǔ)償，限制最大占空比大于50%時(shí)，提供斜率補(bǔ)償（ 80芯片）。 其芯片原理框圖及pwm控制器內(nèi)部框圖如圖2、圖3所示。

lm5070的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

lm5070 是一款非常獨(dú)特的芯片，由于其獨(dú)特的功能，因此很容易融入現(xiàn)有的系統(tǒng)設(shè)計(jì)之中。

欠壓鎖定 (uvlo) 閾值及磁滯：系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師可以自行設(shè)定欠壓鎖定的跳轉(zhuǎn)點(diǎn)及磁滯，以便控制線路的啟動(dòng)電流，以及為不同系統(tǒng)設(shè)定通電及斷電的電壓點(diǎn)。

浪涌電流設(shè)定：系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師可以利用這個(gè)功能全面控制浪涌電流的瞬態(tài)響應(yīng)，他們只要通過連接 rclp 管腳的外置電阻，便可按照所要求的電流量設(shè)定其浪涌電流瞬態(tài)響應(yīng)。工程師若保留預(yù)設(shè)的 375ma 浪涌電流極限，便無需加設(shè)外置元件，只需將 rclp 管腳置于開啟狀態(tài)便可。
內(nèi)部供電排序功能：系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師無需通過“供電正常”信號(hào)或任何外置通信接口控制dc-dc控制器系統(tǒng)。poe 電源管理芯片的接口與dc-dc轉(zhuǎn)換器之間的通信可以完全在lm5070 芯片之內(nèi)進(jìn)行。

控制系統(tǒng)已絕緣或未經(jīng)絕緣的dc-dc轉(zhuǎn)換器：轉(zhuǎn)換器內(nèi)含高精度的電壓基準(zhǔn)電路及誤差放大器，確保非絕緣轉(zhuǎn)換器可以提供dc-dc反饋。此外，這款轉(zhuǎn)換器也可為隔離系統(tǒng)設(shè)計(jì)的光耦提供供電。

檢測(cè)電阻聯(lián)系中斷功能：電源管理芯片進(jìn)行檢測(cè)之后，25kw標(biāo)記電阻的聯(lián)系便會(huì)中斷，以免浪費(fèi)功耗，降低效率。

可編程振蕩器頻率：這款開關(guān)穩(wěn)壓控制振蕩器可以完全由用戶自行設(shè)定，因此有助精簡(jiǎn)電源供應(yīng)控制環(huán)路的設(shè)計(jì)，讓用戶可以進(jìn)一步加強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)壓性能。

lm5070 芯片典型應(yīng)用電路如圖4所示。

lm5070在二極管整流絕緣輸出中的應(yīng)用電路如圖5所示

結(jié)束語

由于支持以太網(wǎng)饋電的電源管理芯片無需采用裝貼式電源供應(yīng)器，因此有助節(jié)省系統(tǒng)的整體成本。對(duì)于寬帶網(wǎng)絡(luò)電話來說，采用不間斷電源 (ups) 的標(biāo)準(zhǔn)可保證供電更穩(wěn)定可靠，以及較少出現(xiàn)供電電壓浪涌、盜用、中斷或斷線等情況。此外，世界各地普遍采用 rj-45 電源供應(yīng)連接器，為以太網(wǎng)饋電電源供應(yīng)器芯片提供全球性的兼容保證。對(duì)于無線存取點(diǎn)系統(tǒng)來說，這些系統(tǒng)也無需加設(shè)交流電源、供電線路或輸出口。采用以太網(wǎng)饋電技術(shù)的電源管理芯片具備遠(yuǎn)程通電/斷電功能，確保電源管理工作可以發(fā)揮極大的靈活性。