以太网供电参考设计
几乎所有商业大厦都会铺设CAT-5电缆,其主要应用为10/100Mb/s以太网。根据以太网标准,四对双绞线缆中只有两对用于数据传送,另外两对则未被使用。采用以太网供电 (Powerover Ethernet;PoE) 结构,即IEEE 802.3af标准,电源可以施加到未被使用的线对上。虽然PoE技术也可用于运载数据的线对,但本文将集中讨论利用未被使用线对的方法。一般终端设备都可从这项技术中获益,包括无线宽带路由器和IP电话,而报警系统、恒温器及标记阅读器等设备也可受益于PoE。
PoE的设计正日渐增多。其原理是在未被使用的线对上施加48V电压,并向接收数据信号的单元提供全部功率。本文将讨论在供电设备 (PSE) 的接收端设计一种为供电装置 (PD) 而设的输入控制电路,以及包括DC/DC切换转换器的参考设计,将48V电压调低至IC适用水平。
检测算法
当为CAT-5电缆提供48V电压时,假如接收设备不支持PoE便会出现问题,PSE将率先启动检测算法,发出介于2.8V至10V之间的感测信号,并监测电流。PD输入电路的输入信号电阻Rs的范围必须在23.75KW~26.25KW之间,使得PSE能够继续进行验证操作。PSE也可能需要一个并联电容,这会在以下的PD输入设计部分讨论。 之后,PSE会进行选择性的功率分类操作,以便设置可从线路获得最大功率量。通过将电压快速升高至15.5V~20.5V的水平,并测量吸收的电流,PSE可将PD分为四个类别。PSE实际发出的电平会随设备单元而变化,而某些设备在电流分类时仅输出8V电压。
在达到信号电阻和电流分类规格之后,PSE会快速升至48V的标称PoE电压。但必须注意几个因素,如过冲电流限制、过压保护以及欠压锁定。
使用分立元件的PD输入设计
这里所讲的PSE算法只涉及全部PoE性能的极少部分。下面的示例是使用几个分立元件的PD输入电路参考设计。
图1描述了PD输入的基本流程。从左边开始,需要提供尖峰电压保护,以避免损坏连接的MOSFET或DC/DC转换器输入。由于可使用300英尺以上的介质和磁性隔离单元将PSE和PD分隔开来,因此过多电压瞬变现象出现的机会很大。一种保护方法是使用瞬态电压抑制器 (TVS) 将尖峰信号钳位在预定的电平上。另外,为了防止48V电路的极性错接,可使用反向二极管将电流吸收回电源中。
