單片機(jī)電源模塊設(shè)計(jì)

2.5W恒壓／恒流式充電器的輸出特性如圖2所示。

圖2 2.5W充電器的恒壓／恒流輸出特性

2 帶以太網(wǎng)接口的15WDC／DC電源變換器模塊

2.1 以太網(wǎng)電源的性能特點(diǎn)

以太網(wǎng)（EthernetNetwork）是目前最常用的一種局域網(wǎng)。以太網(wǎng)電源簡(jiǎn)稱POE（Power Over Ethernet），它僅通過(guò)一根以太網(wǎng)電纜即可同時(shí)為用戶提供數(shù)據(jù)和供電電源，不需要再另外布線。以太網(wǎng)電源中的電源裝置簡(jiǎn)稱為PD，它具有以下特點(diǎn)：

——能提供PD檢測(cè)與分類信號(hào)；

——能提供到DC／DC電源變換器的軟啟動(dòng)接口；

——具有過(guò)電流保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)等功能。

根據(jù)POE規(guī)范，PD應(yīng)具有以下3個(gè)基本功能。

1）能識(shí)別信號(hào)阻抗 當(dāng)一個(gè)輸入電壓加到PD時(shí)，它必須在規(guī)定電壓范圍內(nèi)呈現(xiàn)正確的識(shí)別信號(hào)阻抗。當(dāng)某個(gè)以太網(wǎng)設(shè)備請(qǐng)求供電時(shí)，首先給以太網(wǎng)發(fā)出2.5～10V的電壓信號(hào)，有效的PD檢測(cè)到此電壓信號(hào)后，就將一個(gè)23.75～26.25kΩ的電阻置于供電回路上，電流會(huì)隨輸入電壓而變化；通過(guò)檢測(cè)該電流確認(rèn)在以太網(wǎng)電纜終端有一個(gè)有效的以太網(wǎng)設(shè)備需要供電。如放置的電阻值在12～23.75kΩ或在26.25～45kΩ范圍內(nèi)，則認(rèn)為該以太網(wǎng)設(shè)備有效但不需要供電。其他范圍的電阻值則意味著所檢測(cè)到的以太網(wǎng)設(shè)備無(wú)效。

2）類型 PD有不同的類型，每種類型對(duì)應(yīng)于一定的電流。例如，“0”類PD的電流為0.5～4mA。當(dāng)PD檢測(cè)有效信號(hào)之后，就對(duì)PD進(jìn)行分類。具體方法是將送到網(wǎng)絡(luò)鏈路上的電壓升高到15.5～20.5V，使PD獲得一個(gè)固定的電流，再根據(jù)電流范圍完成PD分類。

3）開(kāi)關(guān)連接 連接以太網(wǎng)電源的開(kāi)關(guān)主要有兩種，一種是雙極型晶體管開(kāi)關(guān)，其電源效率較高，成本較低；另一種為MOSFET開(kāi)關(guān)，其電源效率極高（可接近于100％）。

下面介紹一種帶以太網(wǎng)接口電路的同步整流式15WDC／DC電源變換器模塊，可廣泛用于網(wǎng)絡(luò)及通信設(shè)備中。

2.2 15W以太網(wǎng)電源模塊的電路設(shè)計(jì)

由雙極型開(kāi)關(guān)管和DPA424P構(gòu)成15WPOE模塊的內(nèi)部電路如圖3所示。該電源由兩部分組成，即以太網(wǎng)接口電路（電路中用虛線框表示）和DC／DC電源變換器。模塊中包含POE識(shí)別信號(hào)阻抗（24.9kΩ，直流2.5～10V）、“0類”類型電路（0.5～4mA，直流15～20V）。采用雙極型晶體管開(kāi)關(guān)或MOSFET開(kāi)關(guān)時(shí)，POE接口的效率分別為η≥87％或η≥97％。

圖3 由雙極型開(kāi)關(guān)管和DPA424P構(gòu)成15WPOE模塊的內(nèi)部電路

2.2.1 以太網(wǎng)電源接口電路的工作原理

該以太網(wǎng)電源接口電路的工作過(guò)程可分為三個(gè)階段：在第一階段，當(dāng)輸入電壓加到PD時(shí)，它必須在直流2.5～10V的電壓范圍內(nèi)呈現(xiàn)正確的識(shí)別信號(hào)阻抗，電阻R13（24.9kΩ）可提供這個(gè)阻抗；在第二階段，當(dāng)直流輸入電壓為15～20V時(shí)，PD用一個(gè)規(guī)定的電流來(lái)識(shí)別裝置類型，例如“0類”電流范圍是0.5mA～4mA，這也由R13來(lái)完成；在第三階段，通過(guò)雙極型開(kāi)關(guān)管（VT）將輸入電壓接到DC／DC電源變換器上，該電源變換器允許輸入超過(guò)30V（28V＋UR14）的直流電壓。此時(shí)穩(wěn)壓管VDZ1被反向擊穿，通過(guò)R14給VT提供基極電流。R15的作用是防止在其他條件下開(kāi)啟電源。一旦開(kāi)啟電源，輔助繞組輸出的高頻電壓信號(hào)就經(jīng)過(guò)耦合電容C3、整流管VD2和限流電阻R16來(lái)提高VT的直流偏壓，使基極電流增大。在負(fù)半周時(shí)VD1導(dǎo)通，可確保加到基極上的偏壓總為正壓。

如圖4所示為使用MOSFET（V3）的開(kāi)關(guān)電路。VDZ4及VDZ5分別采用28V及15V穩(wěn)壓管。當(dāng)輸入電壓超過(guò)28V時(shí)VDZ4被反向擊穿，使V3導(dǎo)通，將電源開(kāi)啟。當(dāng)輸入電壓超過(guò)43V時(shí)VDZ5也被反向擊穿，能限制V3的柵－源電壓，起到保護(hù)作用。R15能防止V3被誤導(dǎo)通。該以太網(wǎng)電源模塊的識(shí)別信號(hào)阻抗與輸入電壓的關(guān)系曲線如圖5所示，識(shí)別電壓范圍是2.5～10V。

圖4 使用MOSFET的開(kāi)關(guān)電路

圖5 識(shí)別信號(hào)阻抗與輸入電壓的關(guān)系曲線