消除波動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，這還是無法滿足功率要求越來越高的PoE應(yīng)用需求，例如，微微蜂窩基站、無線接入點(diǎn)、LED標(biāo)牌和加熱云臺變焦（PTZ）室外攝像機(jī)等。在2011年，凌力爾特公司發(fā)布了新的專有標(biāo)準(zhǔn)LTPoE++?，將PoE和PoE+規(guī)范擴(kuò)展到90W供電，同時還維持與IEEEPoE標(biāo)準(zhǔn)100%的兼容。它支持四種不同的功率等級（38.7W、52.7W、70W、90W），可以根據(jù)應(yīng)用要求來調(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絕對最大值的引腳保證了現(xiàn)場工作的高可靠性。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)了長期可靠性。LTPoE++體系結(jié)構(gòu)只需要一個PSE和PD控制器，就能夠通過4對100mCAT-5e電纜提供90W的功率。

系統(tǒng)隔離要求

要實現(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，同時提高性能和可靠性。一個成功的設(shè)計必須滿足IEEE隔離要求，在短路和過流事件時保護(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)變壓器對可替代6個光耦合器。在協(xié)議中編程實現(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芯片組實現(xiàn)了隔離功能，不需要任何光隔離器以及專用隔離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)驗豐富，設(shè)計了低成本、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TVS來保護(hù)高電壓模擬電源，而在每一個輸出端口上采用一對低成本箝位二極管（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絕對最大額定限制，實現(xiàn)了對瞬變的保護(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，同時通過使用低RDS（ON）外部MOSFET和0.25Ω檢測電阻減小了熱耗散。這對于大功率系統(tǒng)非常重要，在這些系統(tǒng)中散熱設(shè)計和功率損耗的成本非常高，對于功率受限的應(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。對一個端口的損害會導(dǎo)致整個芯片受損。

LT4275（圖3）是市場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量級的低RDS（ON）MOSFET。LT4275能夠支持高達(dá)90W的功率。

一個TVS和100V絕對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，具有過溫保護(hù)功能，在瞬時過載時保護(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事件分級機(jī)制，在PSE和PD之間提供互識別信號，同時維持了與IEEE802.3at標(biāo)準(zhǔn)的后向兼容。通過PD對3事件分級機(jī)制的響應(yīng)，LTPoE++PSE確定PD是1類（PoE）、2類（PoE+），還是LTPoE++器件。LTPoE++PSE使用3事件分級機(jī)制導(dǎo)致ICUT和ILIM門限更新。PSE使用ICUT門限監(jiān)控PD電流消耗。在嚴(yán)重的電流故障時，ILIM用作硬電流限制，以保護(hù)PSE電源供電。

在另一端，LTPoE++PD使用它收到的分級事件號，確定連接1類、2類，還是LTPoE++PSE。如果LTPoE++PSE測量到PD的第一個分級事件電流是0級、1級、2級，或者3級，LTPoE++PSE把端口作為1類器件進(jìn)行供電。否則，如果在第一個分級事件中，識別到4級，LTPoE++PSE會繼續(xù)PoE+規(guī)范定義的第二個分級事件。這告訴PD，它連接至2類或LTPoE++PSE。沒有第二個分級事件表明了PD連接至1類PSE，這限制為1類供電。

2類PD物理層分級由IEEE定義為兩個連續(xù)4級結(jié)果。一個LTPoE++PD必須在第一和第二個分級事件中顯示兩個連續(xù)4級結(jié)果，使得LTPoE++PD呈現(xiàn)為2類PD至2類PSE。

在第一和第二個分級事件中，在有效的4級測量后，LTPoE++PSE會遷移到第三個分級事件上。兩次成功的4級測量后，進(jìn)行第三次分級事件。第三次分級事件必須轉(zhuǎn)換到不同于4級的其他級別，把PD識別為支持LTPoE++。在第三個分級事件過程中，LTPoE++PSE認(rèn)為維持4級的PD是2類PD。對于所有分級事件，IEEE802.3at標(biāo)準(zhǔn)要求兼容2類PD重復(fù)4級響應(yīng)。第三個分級事件告訴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++相對于其他電源擴(kuò)展拓?fù)?/strong>的優(yōu)點(diǎn)在于只需要一個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，縮短了開發(fā)時間。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，增大了對實際應(yīng)用的供電，同時降低了熱耗，不需要高成本的散熱器設(shè)計。

LTPoE++最突出的一點(diǎn)是，對于軟件級功率協(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，需要很大的軟件開發(fā)投入。LTPoE++PSE和PD自主地協(xié)商功率要求以及硬件級能力，同時保持了與基于LLDP解決方案的完全兼容。這樣，LTPoE++系統(tǒng)設(shè)計人員能夠選擇是否實現(xiàn)LLDP。專用端到端系統(tǒng)可能會選擇放棄LLDP支持。這帶來了產(chǎn)品及時面市優(yōu)勢，而且還降低了BOM成本，減小了電路板面積和復(fù)雜性。

第四代的高級特性

凌力爾特的以太網(wǎng)供電PSE控制器系列在PoE經(jīng)驗上非常成熟和專業(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)計未來不會過時的現(xiàn)場更新固件。可選1秒電流平均是另一新特性，簡化了主機(jī)電源管理功能。高級電源管理特性包括優(yōu)先級快速關(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)置過載電流門限等。一個1MHzI2C接口支持主機(jī)控制器對IC進(jìn)行數(shù)字配置，或者進(jìn)行隊列端口讀取操作。提供“C”庫，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，還提供堅固的ESD和電纜放電保護(hù)功能，減少了元器件數(shù)量，實現(xiàn)了高性價比設(shè)計。與LT4275PD控制器相結(jié)合，一個完整的即插即用LTPoE++系統(tǒng)能夠提供90W功率，同時保持了與PoE+和PoE標(biāo)準(zhǔn)的完全兼容。整個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，這對于所有功率級都非常關(guān)鍵。所有模擬引腳的高值絕對最大額定電壓和高性價比電纜放電保護(hù)功能確保了器件受到很好的保護(hù)，不受最常見以太網(wǎng)電壓浪涌的損害。LTPoE++系統(tǒng)簡化了功率輸送，幫助系統(tǒng)設(shè)計人員將設(shè)計精力集中在高價值應(yīng)用中。