一种应对PoE受电设备设计挑战的解决方案

载的元器件出现故障。当保护功能被集成到IC内部时，设计工程师的工作就极大地减轻了。此外，一种设计良好的自动重启动功能可以限制某种故障期间可能被传递到负载的功率，并且可以通过有效反馈信号的丢失来激活，而不是由对IC供电电源的丢失来激活。这一点很重要，因为在输出过载条件期间偏置电源可能提供足够保持IC正常工作的功率，所以，不能依赖它的丢失作为故障保护的手段。

UVLO和过压关断：

欠压关断模式是当供电电压低于IC的开启门限电压时的一种保护模式。欠压关断模式可保证IC在供电电压不足时不致于被损坏。一个低电压锁定(UVLO)电路可确保IC在电池电压未达到安全操作电压前不同激活，UVLO的功能会展示滞后现象，以确保在电源供应架上的噪音不会不慎导致系统故障。当类似低电压或高电压状况发生于监控输出或在系统电源供应出现低电压的错误时，所有监控的电源供应可能会激发出像是一排序电源关闭的操作之内部错误反应，或是一种立即的强迫关闭。

虽然在发现和分级期间接口电路执行最初的欠压锁定功能，DC-DC转换器也需要具备它自己的UVLO功能以满足IEEE802.3af规范对工作范围的要求。过压关断功能保护负载免受在CAT-5电缆上的反常高压。此外，这两种功能都应该被集成到IC之中，以保持设计时间尽可能短。

MOSFET电流感测和限流：

金属-氧化层-半导体-场效晶体管，简称金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管(field-effect transistor)。MOSFET依照其"通道"的极性不同，可分为n-type与p-type的MOSFET,通常又称为NMOSFET与PMOSFET,其他简称尚包括NMOS FET、PMOS FET、nMOSFET、pMOSFET等。MOSFET里的氧化层位于其通道上方，依照其操作电压的不同，这层氧化物的厚度仅有数十至数百埃(Å)不等，通常材料是二氧化硅(silicon dioxide, SiO2)，不过有些新的进阶制程已经可以使用如氮氧化硅(silicon oxynitride, SiON)做为氧化层之用。

在每一个开关周期感测和限制峰值MOSFET电流可能有助于防止变压器饱和并使转换器更为稳定。在低功率级别，MOSFET电流感测是利用一个与MOSFET源极串联的电流感测电阻实现的;这有效地增加了MOSFET漏-源极(RDS(ON))的导通电阻，但是，降低了转换器的效率。然而，当MOSFET与控制器一道被集成到同一晶片之上时，不需要任何外部元器件就可以感测和限制峰值MOSFET电流。除了减少转换器的元器件数量之外，集成电流限制功能可以比利用外部元器件要快得多，并使转换器更为强健可靠。

使用将所有这些功能都集成的电源转换IC,设计时间可以被控制得非常短。此外，元器件数量和电源级的成本可以仍然非常低，甚至在采用分立接口电路的情况下，只要DC-DC转换器能够被足够地集成。Power

Integrations公司已经利用它的DPA-Switch产品家族开发了一种低成本、可靠的PD电源级。基于这种方法的电源级的电路图如图3所示。

图3：基于DPA-Switch器件的PD电源级电路图

此分立接口电路仅仅需要16个元器件，并已通过美国新罕布什尔州大学的互通性联盟(UNH-IOC)的测试。该DC-DC转换器围绕Power

Integrations公司高度集成的电源转换IC(U1)进行设计，并且仅仅需要33个元器件。热保护、启动电流源、软启动、自动重启动、UVLO、过压关断和MOSET电流感测及限流功能都完全集成到U1之中。220

V集成MOSFET的击穿电压(BVDSS)足够高，150V齐纳箝位二极管(VR3)足以保护集成MOSFET漏极节点免受反激电压尖峰的干扰。

一个电阻(R5)就使UVLO和过压关断功能成为可能，与此同时，四个其它元器件(Q20、R21、R22和R23)降低了UVLO功能的关闭阈值以满足IEEE802.3af要求。U1的控制引脚是为接收来自IC及输出反馈而接收电源电流的电流输入端。反馈信号的丢失会造成U2中断向U1提供偏置电流，从而使之进入它的自动重启动保护模式。此外，U1利用集成的MOSFE漏-源极之间的压降来感测每一个开关周期的漏极(DRAIN)电流。如果漏极电流超过器件的峰值电流限制，集成比较器就会将MOSFET关断。当与适当设计的变压器一道使用时，这种电流限制功能排除了变压器饱和的可能性，使转换器非常强健可靠。DC-DC转换器的其余部分是简单的由电压模式控制的反激式电路。

本文小结

PoE PD设计工程师正面临着降低他们的电源级成本而不牺牲可靠性的挑战。半导体集成是正用于解决这个问题的主要技术，其中有两种常用方法。虽然接口电路与PWM控制器的集成最初看来是不错的方法，但是，把PWM控制器