特种单片开关电源模块的电路设计

式中：PO为输出功率; η为电源效率; LP为高频变压器的初级电感; IP为LNK500的峰值电流; f为开关频率。 不难看出，PO与LP成正比，IP2f的大小则受LNK500控制。 图3 高频变压器采用EE13型磁芯，配8引脚的骨架。初级绕组NP1用φ0.13mm漆包线绕90匝，NP2用φ0.16mm漆包线绕22匝，次级绕组用两股 φ0.25mm的三重绝缘线绕5匝。在初、次级绕组之间用3股φ0.25mm漆包线绕5匝，作为屏蔽层。初级电感量LP=2.3mH(允许有%26;#177;10%的误差)。高频变压器的谐振频率不低于300kHz。 2.5W恒压/恒流式充电器的输出特性如图2所示。 2 带以太网接口的15WDC/DC电源变换器模块 2.1 以太网电源的性能特点 以太网(EthernetNetwork)是目前最常用的一种局域网。以太网电源简称POE(Power Over Ethernet)，它仅通过一根以太网电缆即可同时为用户提供数据和供电电源，不需要再另外布线。以太网电源中的电源装置简称为PD，它具有以下特点： --能提供PD检测与分类信号; --能提供到DC/DC电源变换器的软启动接口; --具有过电流保护、过电压保护、过热保护等功能。 根据POE规范，PD应具有以下3个基本功能。 1)能识别信号阻抗 当一个输入电压加到PD时，它必须在规定电压范围内呈现正确的识别信号阻抗。当某个以太网设备请求供电时，首先给以太网发出2.5～10V的电压信号，有效的PD检测到此电压信号后，就将一个23.75～26.25kΩ的电阻置于供电回路上，电流会随输入电压而变化;通过检测该电流确认在以太网电缆终端有一个有效的以太网设备需要供电。如放置的电阻值在12～23.75kΩ或在26.25～45kΩ范围内，则认为该以太网设备有效但不需要供电。其他范围的电阻值则意味着所检测到的以太网设备无效。

2)类型 PD有不同的类型，每种类型对应于一定的电流。例如，0类PD的电流为0.5～4mA。当PD检测有效信号之后，就对PD进行分类。具体方法是将送到网络链路上的电压升高到15.5～20.5V，使PD获得一个固定的电流，再根据电流范围完成PD分类。 3)开关连接 连接以太网电源的开关主要有两种，一种是双极型晶体管开关，其电源效率较高，成本较低;另一种为MOSFET开关，其电源效率极高(可接近于100%)。 下面介绍一种带以太网接口电路的同步整流式15WDC/DC电源变换器模块，可广泛用于网络及通信设备中。 2.2 15W以太网电源模块的电路设计 由双极型开关管和DPA424P构成15WPOE模块的内部电路如图3所示。该电源由两部分组成，即以太网接口电路(电路中用虚线框表示)和DC/DC电源变换器。模块中包含POE识别信号阻抗(24.9kΩ，直流2.5～10V)、0类类型电路(0.5～4mA，直流15～20V)。采用双极型晶体管开关或MOSFET开关时，POE接口的效率分别为η≥87%或η≥97%。 2.2.1 以太网电源接口电路的工作原理 该以太网电源接口电路的工作过程可分为三个阶段：在第一阶段，当输入电压加到PD时，它必须在直流2.5～10V的电压范围内呈现正确的识别信号阻抗，电阻R13(24.9kΩ)可提供这个阻抗;在第二阶段，当直流输入电压为15～20V时，PD用一个规定的电流来识别装置类型，例如0类电流范围是 0.5mA～4mA，这也由R13来完成;在第三阶段，通过双极型开关管(VT)将输入电压接到DC/DC电源变换器上，该电源变换器允许输入超过 30V(28V+UR14)的直流电压。此时稳压管VDZ1被反向击穿，通过R14给VT提供基极电流。R15的作用是防止在其他条件下开启电源。一旦开启电源，辅助绕组输出的高频电压信号就经过耦合电容C3、整流管VD2和限流电阻R16来提高VT的直流偏压，使基极电流增大。在负半周时VD1导通，可确保加到基极上的偏压总为正压。 如图4所示为使用MOSFET(V3)的开关电路。VDZ4及VDZ5分别采用28V及15V稳压管。当输入电压超过28V时VDZ4被反向击穿，使V3 导通，将电源开启。当输入电压超过43V时VDZ5也被反向击穿，能限制V3的栅-源电压，起到保护作用。R15能防止V3被误导通。该以太网电源模块的识别信号阻抗与输入电压的关系曲线如图5所示，识别电压范围是2.5～10V。 2.2.2 15WDC/DC电源变换器的工作原理 DC/DC电源变换器的主要性能指标如下： 1)采用DPA424P型单片开关式稳压器，构成正激、隔离式、3路输出的DC/DC电源变换器模块。直流输入电压范围是36～75V，3路输出分别为 5V/2.4A、7.5V/0.4A和20V/10mA，总输出功率为15.2W，开关频率为400kHz; 2)多路输出，稳压性能好，在最坏的情况下，各路输出的负载调整率指标见表1， 表1 各路输出的负载调整率指标