单片机电源模块设计

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％。

图3 由双极型开关管和DPA424P构成15WPOE模块的内部电路

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。

图4 使用MOSFET的开关电路

图5 识别信号阻抗与输入电压的关系曲线

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

4）能精确设定输入线路的欠电压、过电压值；

5）具有输出过载保护、开环保护和过热保护功能。

图3中，输入端EMI滤波器由C1，L1和C2构成。R1为欠电压值／过电压值设定电阻，所设定的UUV=33.3V，UOV=86.0V。R1还能自动减小最大占空比，防止磁饱和。R2为极限电流设定电阻，取R2=13.3kΩ时，所设定的漏极极限电流ILIMIT′=0.57ILIMIT=0.57×2.50A=1.425A。稳压管VDZ2可将漏极电压箝位在安全范围以内。V1的等效栅极电容能给高频变压器提供最佳复位。

该电源以5V输出作为主输出，其他两路输出都是在此基础上获得的。由C11，R11，R12和MOS场效应管V2及V1构成5V主输出的电容耦合式同步整流器。稳压管VDZ3起箝位作用。在没有开关信号时，通过下拉电阻R13使V2关断。储能电感L2回扫绕组的电压经过VD4和C9整流滤波后，获得20V输出。高频变压器次级绕