PI開(kāi)發(fā)出適合VoIP的低成本PoE接口

2006/11/06

圖1 PoE供電原理

簡(jiǎn)單、低成本且可靠的受電設備電源解決方案

　　為使 PoE 接口和功率轉換級在支持 2 級和 3 級受電設備的同時(shí)滿(mǎn)足客戶(hù)的 BOM 成本目標，PI 推出采用 DPA-Switch系列高集成度功率轉換 IC 的 DC-DC 轉換器設計，從而提供了高可靠性的解決方案。采用 DPA-Switch 可有效簡(jiǎn)化設計流程，結合分立接口電路設計所帶來(lái)的成本降低，可使 OEM 在滿(mǎn)足其成本目標的同時(shí)，符合在功能、可靠性和穩定性等方面的要求。此外，該方案還減少了使用的元件數目，這不但可以降低總體成本，而且能提高平均故障間隔時(shí)間 (MTBF) 和 DC-DC 轉換級的可靠性。

一種靈活的低成本解決方案

　　該方案僅采用少數分立元件，即可實(shí)現滿(mǎn)足 IEEE 802.3af 標準要求的用電設備/供電設備接口。此外，它還非常靈活，只需更改單個(gè)電阻值，用電設備就能將自己分類(lèi)為 0 類(lèi)、1 類(lèi)、2 類(lèi)或 3 類(lèi)設備。

　　DPA-Switch 系列 IC 在單個(gè) CMOS 芯片上集成了高頻功率 MOSFET、PWM 控制器和眾多的保護功能。這既可簡(jiǎn)化設計流程，又能減少 DC-DC 轉換級的元件數目。DPA-Switch 系列的各個(gè) IC 分別為不同尺寸的 MOSFET，因此輸出功率可通過(guò)更改使用的 IC 進(jìn)行調整。

　　考慮到 VoIP 應用的具體情況，PI 選擇采用 DPA423P 器件來(lái)設計 DC-DC 轉換級。由于 VoIP 電話(huà)只需要單路 3.3 V 電壓輸出和最大為 2 A 的電流，因此轉換器采用反激式設計(如圖 2 所示)以節省成本。初始情況下，VR31 和 VR32 會(huì )抑制分級和 PWM 電路，直到成功完成簽名階段。在識別簽名后，提供給受電設備的電壓將升高，直到齊納二極管 VR31 開(kāi)始導通。然后，打開(kāi)一個(gè)恒流源，以提供分級電流信號，該信號將由供電設備進(jìn)行讀取。級別由 R34 的電阻值決定。在成功確定用電設備類(lèi)別后，電壓將再次升高并通過(guò) VR32 打開(kāi) Q35，從而使功率轉換級開(kāi)始工作。恒流分級電路將通過(guò) R35 停用，以降低功耗。

圖2 基于DPA423P的反激式DC-DC轉換器設計

　　輸入大容量電容(C1 和 C2)被分成兩部分，并形成一個(gè)簡(jiǎn)單的 π 型濾波器，以抑制差模EMI 干擾。電阻 R4 和 R6 降低 MOSFET 的內部電流限制，并使其最大負載周期與輸入電壓成比例變化，從而獲得可靠的最大(輸出)功率限制。這種方式簡(jiǎn)化了轉換器的設計，同時(shí)還可采用較低電壓和電流 (30 V, 4 A) 的肖特基二極管作為輸出整流器。電阻 R5 激活 U1 的輸入欠壓鎖定 (UVLO) 和過(guò)壓關(guān)斷功能，而電阻 R21、R22、R23 和 Q20 則強化了欠壓鎖定功能的滯后效應，以適應 IEEE802.3af 以太網(wǎng)電源應用中的高電壓降情況。

　　當輸出電壓超出規定值時(shí)，DPA-Switch 的自動(dòng)重啟功能可將供電設備的輸出功率限制至滿(mǎn)負載時(shí)的 4％ 左右，而不必依靠斷開(kāi) IC 的 VDD 電源來(lái)進(jìn)行保護。從而為供電設備和負載設備提供了充分的保護。

結語(yǔ)

　　為實(shí)現真正的通用性，PoE用電設備解決方案必須符合 IEEE 802.3af 標準。PI 提出的用電設備簡(jiǎn)化設計已經(jīng)過(guò) IEEE 802.3af 標準的權威機構--英國新罕布什爾大學(xué)互操作性協(xié)會(huì ) (UNH-IOC) 的檢驗，并且檢驗結果表明：該設計不僅符合 IEEE 802.3af 標準，而且能夠應用于目前的所有供電設備。有關(guān) UNH-IOC 檢驗報告副本以及經(jīng)證實(shí)可與 PI 解決方案配合使用的供電設備列表，可從網(wǎng)站上獲取。

　　該方案能充分滿(mǎn)足客戶(hù)對接口電路的設計簡(jiǎn)單性、可靠性、穩定性以及權威認證和成本效益等方面的要求；同時(shí)，DPA-Switch 系列集成電路還具有多功能性和伸縮性，從而允許客戶(hù)快速簡(jiǎn)便地將該方案應用于其它用電設備當中。

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