TPS23751和TPS23752：高效PoE接口與DC - DC控制器的完美結(jié)合

在電子設(shè)計領(lǐng)域，PoE（Power over Ethernet）技術(shù)憑借其便捷性和高效性，在眾多應(yīng)用場景中得到了廣泛應(yīng)用。德州儀器（TI）推出的TPS23751和TPS23752兩款產(chǎn)品，為PoE應(yīng)用提供了強大的解決方案。今天，我們就來深入了解一下這兩款產(chǎn)品的特性、應(yīng)用以及設(shè)計要點。

文件下載：TPS23751EVM-104.pdf

一、產(chǎn)品概述

TPS23751是一款16引腳的集成電路，將以太網(wǎng)供電（PoE）受電設(shè)備（PD）接口與電流模式DC - DC控制器完美結(jié)合，專為在寬負(fù)載范圍內(nèi)實現(xiàn)高效率的應(yīng)用而優(yōu)化。TPS23752則是TPS23751的20引腳擴(kuò)展版本，增加了睡眠模式功能，能進(jìn)一步降低功耗。

1.1 主要特性

• IEEE 802.3at分類與狀態(tài)標(biāo)志：支持IEEE 802.3at分類，具備狀態(tài)標(biāo)志，能在寬負(fù)載范圍內(nèi)實現(xiàn)高效解決方案。
• 高功率支持：可支持高達(dá)25.5W的PD設(shè)備，內(nèi)置100V、0.5Ω的熱插拔MOSFET，確保穩(wěn)定供電。
• 同步整流禁用信號：提供同步整流禁用信號，采用PowerPAD? TSSOP封裝，散熱性能良好。
• 完整的PoE接口與DC - DC控制器：集成了完整的PoE接口和DC - DC控制器，簡化設(shè)計。
• 適配器ORing支持：支持適配器ORing功能，提高電源的可靠性。
• 可編程頻率：TPS23752支持超低功耗睡眠模式，且頻率可編程。
• 寬溫度范圍：工作結(jié)溫范圍為 - 40°C至125°C，適應(yīng)各種惡劣環(huán)境。

1.2 應(yīng)用領(lǐng)域

• IEEE 802.3at兼容設(shè)備：如視頻電話、VoIP電話、多頻段接入點等。
• 安防監(jiān)控設(shè)備：為安全攝像頭提供穩(wěn)定的電源。
• 微基站：滿足微基站的供電需求。

二、產(chǎn)品詳細(xì)特性

2.1 引腳配置與功能

兩款產(chǎn)品的引腳配置各有特點，涵蓋了電源輸入、控制、檢測等多個功能。例如，VDD引腳連接到PoE輸入電源的正極，為設(shè)備提供工作電源；DEN引腳用于檢測和使能，通過連接特定電阻來生成檢測信號；CLS引腳通過連接外部電阻來設(shè)置分類電流等。

2.2 電氣特性

• 絕對最大額定值：明確了各引腳的電壓、電流等參數(shù)的最大承受范圍，確保設(shè)備在安全的工作條件下運行。
• ESD額定值：具備一定的靜電放電保護(hù)能力，其中人體模型（HBM）為2000V，充電設(shè)備模型（CDM）為500V。
• 推薦工作條件：給出了輸入電壓、電流、電阻、電容等參數(shù)的推薦范圍，為設(shè)計提供了參考。
• 電氣特性 - 控制器部分：包括VC（柵極驅(qū)動電源）、VB（偏置電源）、RT（振蕩器）等參數(shù)的詳細(xì)特性，如開關(guān)頻率、占空比、閾值電壓等。
• 電氣特性 - 睡眠模式（TPS23752僅）：詳細(xì)描述了睡眠模式下各引腳的特性，如SLPb、MODE、WAKE等引腳的閾值電壓、輸入電流等。
• 電氣特性 - PoE接口部分：涵蓋了檢測電流、分類電流、閾值電壓等參數(shù)，確保PoE接口的正常工作。

2.3 功能模塊

• PoE功能：包括檢測、分類、啟動等過程，符合IEEE 802.3at標(biāo)準(zhǔn)。通過檢測PD的簽名，PSE可以確定是否為其供電，并進(jìn)行分類以了解PD的功率需求。
• 睡眠模式（TPS23752）：當(dāng)SLPb引腳輸入低電平時，設(shè)備進(jìn)入睡眠模式，此時轉(zhuǎn)換器禁用，VDD調(diào)節(jié)VC至12.8V，LED輸出激活，同時滿足IEEE 802.3at DC MPS要求，以保持PSE對PD的供電。
• DC - DC控制器：采用典型的電流模式控制和可變頻率操作，優(yōu)化輕載效率。在PWM模式下，外部誤差放大器和光耦驅(qū)動CTL引腳來控制電流；在VFO模式下，電感峰值電流固定，CTL電壓改變開關(guān)頻率。

三、應(yīng)用與設(shè)計要點

3.1 典型應(yīng)用電路

TPS23751和TPS23752支持單PWM柵極驅(qū)動和電流模式控制的電源拓?fù)?，如同步整流反激式轉(zhuǎn)換器。在設(shè)計應(yīng)用電路時，需要考慮多個方面的因素。

3.2 設(shè)計要點

• 輸入橋和肖特基二極管：使用肖特基二極管可降低功率損耗，但要注意其反向泄漏電流、ESD耐受性等問題。
• 保護(hù)措施：在整流后的PoE電壓上使用TVS二極管，限制輸入瞬態(tài)電壓，確保設(shè)備安全。
• 電容選擇：根據(jù)IEEE 802.3at標(biāo)準(zhǔn)，選擇合適的輸入旁路電容，一般為0.1μF、100V、10%的陶瓷電容。
• 檢測和分類電阻：按照標(biāo)準(zhǔn)要求，選擇合適的檢測電阻RDEN（推薦24.9kΩ ±1%）和分類電阻RCLS，以滿足PD的功率需求。
• APD引腳分壓器網(wǎng)絡(luò)：APD引腳可用于禁用內(nèi)部熱插拔MOSFET，使適配器電源優(yōu)先于PoE。
• PWM - VFO閾值設(shè)置：通過SRT引腳設(shè)置PWM和VFO模式的轉(zhuǎn)換閾值，根據(jù)電路效率和負(fù)載情況進(jìn)行選擇。
• 頻率設(shè)置：通過RT引腳連接電阻來設(shè)置PWM模式下的開關(guān)頻率，可根據(jù)需求進(jìn)行調(diào)整。
• 電流斜率補償：在必要時，可通過添加外部電阻RS來增加電流斜率補償，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
• 電壓前饋補償：添加電阻RVFF可提供額外的電壓前饋補償，改善輸出折回電流限制特性和降低初級開關(guān)MOSFET的電壓應(yīng)力。
• 偏置電源和Cvc估算：根據(jù)電源控制電路的功率和電流需求，選擇合適的Cvc電容，確保系統(tǒng)的正常啟動和運行。
• 開關(guān)變壓器和Rvc：設(shè)計變壓器和VC偏置電路時，要注意控制偏置繞組的過沖，可使用串聯(lián)電阻或R - C濾波器。
• T2P引腳接口：T2P引腳為低電平有效、開漏輸出，可通過光耦與轉(zhuǎn)換器次級側(cè)的電路接口，指示高功率源的可用性。
• 軟啟動：為防止啟動時輸出過沖，需要在電壓誤差放大器上添加軟啟動電路，同時TPS23751和TPS23752提供初級側(cè)軟啟動功能。
• 開關(guān)MOSFET選擇：選擇轉(zhuǎn)換器開關(guān)MOSFET時，要確保其在低柵極電壓下能夠承受預(yù)期的峰值故障電流。
• ESD和熱設(shè)計：考慮ESD保護(hù)和熱設(shè)計，避免設(shè)備受到靜電損壞和過熱影響。

四、總結(jié)

TPS23751和TPS23752為PoE應(yīng)用提供了全面而高效的解決方案。它們不僅具備豐富的功能和良好的電氣特性，還在設(shè)計上考慮了各種實際應(yīng)用場景的需求。在實際設(shè)計中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇和配置這些產(chǎn)品，同時注意各個設(shè)計要點，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。你在使用這兩款產(chǎn)品的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。