前言 以太網供電方案的提出為電源設計師帶來了眾多機遇和挑戰(zhàn)，為此，多家電源管理芯片制造商已經開發(fā)出能夠滿足IEEE 802.3af標準的成熟芯片。802.3af標準定義了受電設備（PD）必須如何向供電設備（PSE）表明自己身份的方法?，F(xiàn)在，設計師已經無需使用昂貴的IC即能輕松滿足該標準的要求。事實上，PD必須向PSE明確自己身份的三大功能只需6到16個低成本分立元件就能很容易地實現(xiàn)（見圖1的輸入電路）。另外，如果PD的DC-DC轉換器電路采用高集成度的電源轉換IC來設計，設計師就能快速提供安全可靠并且具有低成本、高能效和易制造優(yōu)勢的解決方案。 檢測功能如何實現(xiàn) 圖1：PD向PSE明確自己身份所需的檢測、分類和直通開關連接電路[align=center][/align] 圖1所示的前端電路中的電阻向PSE提供檢測特征阻抗。IEEE 802.3af標準規(guī)定該電阻的值必須在19kΩ到26.5kΩ之間。通常選擇接近范圍上限的值（24.9kΩ）以盡量降低該電阻上的功耗。當PSE的供電電壓從2.5V跳升至10V時檢測開始。在這一加電過程中，流過這個電阻的電流必須在0.5mA到4mA之間，從而向PSE有效地表明這是PD。 檢測、分類和直通開關（pass-switch）連接電路是如何工作見圖1。圖1a中，R1向PSE提供特征阻抗，并在上電過程的分類階段（此時PSE的供電電壓從15V上升至20V）向PSE表明這是Class 0設備的電路。一旦施加的輸入電壓上升到30V左右（27V齊納二極管加上R2的壓降），齊納二極管VR1就開始導通電流，從而使R3得到一個電壓，進而打開直通開關晶體管Q1。 圖1b中，R11用于在檢測階段向PSE提供特征阻抗。元件Q12、Q13、Q14、R14、R15、R16、U11和VR11組成PD的分類電路，并根據R16的值將電路確定為Class1、2或3設備（見表1）。VR11可確保分類電路在檢測階段不被激活。Q13、Q12、R14和R15組成350uA的電流源，向1.24V的參考芯片U11提供偏置電流。 當施加的輸入電壓從15V上升至20V時分類開始進行。PSE根據這一階段中被吸取的電流值判斷PD的類別。R16用于設定由U11和Q14組成的第二個電流源的電流。對于Class1、2和3的設備，分類電流（ICL）取決于R16的值。R16的值可以根據PD的最大功耗從表1中選取。隨著VR11、Q14和R16上電壓的上升，流過R16的電流也會持續(xù)上升，直到它上面的電壓達到1.24V。此時，U11開始導通，分流流經Q14的電流，從而使R16上的電壓保持在1.24V，從而在分類階段保持被電路常數(shù)吸收的電流。 元件VR12、VR13、Q11、R12和R13組成直通開關連接電路。一旦輸入電壓超過30V（27V的齊納二極管加上Q11的柵極-源極電壓（VGS）），VR12就開始導通，R13上獲得電壓，并加到Q11的柵極至源極，使該晶體管打開。 當輸入電壓超過45VDC時，VR13會將Q11的VGS限制為15VDC。一旦直通開關（Q11）被打開，R17和Q15就會關閉Q14，進而關斷分類電流源，確保在分類階段結束后盡量降低PD的功耗。 DC-DC轉換器電路設計 DPA-Switch系列高集成度電源轉換IC可以配置為返馳式（Flyback）或單開關前向（Forward）轉換器，因此設計師可以利用同一DPA-Switch器件開發(fā)不同的解決方案，從成本極低的Flyback轉換器到使用同步整流技術的高效前向轉換器。該產品系列包含四種器件，可以輕松改變方案的輸出功率，Power Intergrations公司的PI Expert軟件套件可以幫助設計師快速輕松地完成文檔完善的設計。 圖2所示的三輸出前向轉換器只需要45個部件，在PoE輸入電壓范圍（36-57VDC）內典型效率為88%。 根據表2所示的電子數(shù)據表文件，只需四個步驟即可完成這個電源轉換電路的核心設計。首先，將主輸出電流參數(shù)（IMAIN）設為3.04A。然后將第二輸出電壓和電流值設為零，因為這個轉換器是當作單輸出電源設計的，其總的負載功耗也是在5V輸出情況下計算得出的。下一步是將電流限制減小參數(shù)（KI）設為50%，從中計算出X引腳電阻（R2）值為13.38kΩ。最后，基本層參數(shù)（L）減為1，從而將基本繞組線規(guī)格從27改到28。最終完成的設計參數(shù)即可用于選擇輸入和輸出電容值。 圖3所示的DC-DC轉換器電路解決方案也是用PI Expert的組件PI X1s電子數(shù)據表工具設計的。該電路被配置為Flyback方式以減少元件數(shù)量、PCB尺寸和電源成本。它只需35個元件，在PoE輸入電壓范圍內效率在77%以上。 變壓器設計 為這些轉換器設計變壓器所需的所有參數(shù)可以在PI X1s電子數(shù)據表中計算得到。PI Expert套件中的另外一個工具PI Transformer Designer接受電子數(shù)據表的磁學計算結果，并用來創(chuàng)建包含單步變壓器繞組指令和詳細繞組圖的完整規(guī)格。該工具可以幫助那些不熟悉磁學設計的工程師在產品投入批量生產前快速自信地創(chuàng)建相當完善的變壓器規(guī)格。 本文小結 本文介紹了如何用少量的分立元件實現(xiàn)能夠滿足IEEE 802.3af標準中有關PoE PD要求的低成本檢測、分類和直通開關連接電路，并描述了如何使用高集成度的電源轉換IC（如Power Integrations公司的DPA-Switch器件）以及PI Expert Suite設計軟件來快速、簡捷地設計低成本DC-DC轉換器電路。采用這種方法設計PD可以顯著地縮短最終產品的上市時間，同時確保極低的生產成本。