基于TPS2384的PSE设计与实现

以太网电源技术标准IEEE 802.3af对路由器、交换机和集线器等网络设备通过以太网电缆向IP电话、安全系统以及WLAN接入点等设备提供电源的方式进行了规定。

德州仪器公司先后推出了电源管理芯片TPS2383和TPS2384，它们兼容802.3af标准，可以通过一条标准的以太网线缆提供直流电源并传输数据，可以广泛应用于以太网交换机、路由器、集线器等中跨设备，也可以和上述设备集成在一起更加方便应用。本设计丰要基于TPSZ384设计出符合正IEE802.3af标准的供电设备。

IEEE802.3af标准

IEEE802.3af标准定义了一种允许通过以太网在传输数据的同时输送48V直流电源的方法，它将以太网供电(PoE)技术引入到现有的网络基础设施中，和原有的网络设备相兼容，它最大能提供12.95W的功率，传输距离为100m。

PoE由两部分组成：供电设备(PSE)和受电设备(PD)。PSE负责将电源注入以太网线缆，并实施功率的规划和管理。IEEE802.3af标准定义了端接式和中跨式两种类型的PSE，端接式PSE是支持PoE的以太网交换机、路由器、集线器或其他网络设备，这种设备在CAT-5线缆的信号线对或备用线对上传输电源；中跨式PSE是专门用于电源管理的设备，不进行数据交换，它通常和数据交换没备放在一起协同工作，以完成以太网供电的功能。PSE主要完成对PD的侦测、分级、供电、断电等功能，PD负责在网络终端设备中分离出48V电源和数据信号，并将48VDC电源变压为通常情况下终端设备工作所需的5VDC。在PSE对PD进行侦测、分级时，PD应做出相应的反应，同时，在PSE供电过程中，PD通过维持功率特征发送持续工作信号。

硬件体系结构与组成

在PoE系统中，PSE足主要部分。PSE除了完成上述电源管理功能外，在一些特殊应用场合，还必须能够提供各路PD的实时工作参数，并且可以通过运行于PC 上的终端监控程序来监控整个系统。PSE系统分为硬件和软件两部分，图1为供电系统的硬件体系结构图。

系统主要由电源模块、电源转换电路、TPS2384及其外围电路、MSP430F148及其外围电路、CP2102及其外围电路组成。单片机MSP430F148通过I2C-BUS对TPS2384内部寄存器进行读写，从而完成电源管理功能；通过模式设置信号线来设置1PS2384的工作模式；通过出错中断信号线获得来自于TPS2384的出错中断信号，从而通过复位信号线对TPS2384产生有效的低电平复位脉冲信号。同时，MSP430F148通过内部UART模块，经过CP2102桥接为USB接口后完成与PC 上终端监控程序的通信，这样就可以对系统进行直观的监控，并且当系统识别到没有与PC建立连接时会自主运行，系统各部分硬件的具体功能如下：

电源部分

电源部分主要为系统中各个器件提供工作电压，系统工作时需要+48V、+5V和+3.3V三种电压，CP2102需要的+5V由PC的USB接口提供，其它器件由电源模块输出的+48V或经过转换后提供工作电压。

电源模块：采用220V转+48V的开关电源模块，由于一个TPS2384可以对四个以太网口进行供电管理，I2C-BUS上可以挂载多个TPS2384，因此，可以根据实际情况来选择电源模块的功率。TPS2384工作时只需要外部单独的+48V供电，这直接由电源模块提供；
电源转换电路：本设计采用电源转换芯片LM2575HVS-5.0将+48V转换为+5V，经过AMS1117-3.3将+5V转换为MSP430F148工作时所需要的+3.3V。

以太网供电管理器部分

TPS2384是美国德州仪器公司推出符合IEEE802.3af规范的以太网供电管理器，TPS2384运行时内部工作所需要的10V、6.3V和3.3V由外部的+48V产生。TPS2384内部有一个15位的A／D转换器，用来测量每个口的电阻、电压、电流。TPS2384具有标准的I2C-BUS，MSP430F148通过I2C通信完成高级电源管理功能。TPSZ384具有三种工作模式：自动模式(AM)、半自动模式(SAM)和供电管理模式(PMM)。在AM模式下，TPS2384自动完成对标准PD的侦测、分级和供电等功能而不需要微控制器进行控制，因此，在低成本设计中可以直接设置TPS2384为AM模式，AM模式下TPS2384采用DC断路检测法检测PD是否断开；在SAM模式下，可以通过I2C总线来获得TPS2384内部所有读寄存器和A／D寄存器的内容，可以不需要微控制器的控制而自动检测有效的PD；在PMM模式下，可以执行优越的AC断路检测，可以实时地获得每个PD的电压与电流，这些需要通过I2C总线对TPS2384内部的读写寄存器进行控制来完成，囚此需要编写运行于微控制器MSP430F148上的程序来完成对供电的高级管理。

TPS2384有五位有效的地址设置位，作为I2C-BUS的从设备，可以通过外部地址设置电路来设置TPS2384的地址。

TPS2384需要在每个端口的供电回路上加入检测显示电路。这样TPS2384工作在三种模式下都可以直观的显示各个端口的工作状态。

在PMM模式下，可以通过设置TPS2384的内部寄存器配合外部的的AC断路检测电路来产生叠加在供电回路中的AC断路检测信号。