TPS23753：PoE接口與隔離式轉(zhuǎn)換器控制器的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，Power over Ethernet（PoE）技術(shù)正發(fā)揮著越來越重要的作用，它為設(shè)備供電提供了更加便捷和高效的解決方案。德州儀器（TI）的TPS23753作為一款結(jié)合了PoE受電設(shè)備（PD）接口和電流模式DC/DC控制器的芯片，專為隔離式轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出了卓越的性能。

文件下載：TPS23753EVM-001.pdf

一、產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

1. 優(yōu)化的隔離式轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)

TPS23753針對(duì)隔離式轉(zhuǎn)換器進(jìn)行了專門優(yōu)化，能夠滿足各種復(fù)雜的電源轉(zhuǎn)換需求。其內(nèi)部集成了多種功能模塊，為隔離式轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)提供了有力支持。

2. 完整的PoE接口

該芯片具備完整的PoE接口，支持IEEE 802.3at標(biāo)準(zhǔn)，作為13W的Type 1 PD，能夠與符合標(biāo)準(zhǔn)的供電設(shè)備（PSE）進(jìn)行良好的配合，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電力傳輸。

3. 適配器ORing支持

支持多種輸入電壓ORing選項(xiàng)，包括最高電壓、外部適配器優(yōu)先和PoE優(yōu)先等，為設(shè)計(jì)提供了更多的靈活性。例如，在同時(shí)存在PoE和外部適配器供電的情況下，可以根據(jù)實(shí)際需求靈活選擇供電方式。

4. 12V適配器支持

能夠支持12V適配器供電，進(jìn)一步拓展了其應(yīng)用范圍，滿足不同場(chǎng)景下的供電需求。

5. 可編程頻率與同步功能

可編程振蕩器可以同步到更高頻率的外部定時(shí)參考，方便與其他設(shè)備進(jìn)行同步操作，減少干擾，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

6. 強(qiáng)大的熱插拔MOSFET

擁有100V、0.7Ω的強(qiáng)大熱插拔MOSFET，能夠有效保護(hù)設(shè)備免受電源波動(dòng)和短路等故障的影響，提高系統(tǒng)的可靠性。

7. 小封裝與高ESD能力

采用小型TSSOP 14封裝，節(jié)省了電路板空間。同時(shí)，具備15kV / 8kV的系統(tǒng)級(jí)ESD能力，能夠有效抵御靜電干擾，保障設(shè)備的正常運(yùn)行。

8. 寬溫度范圍

工作結(jié)溫范圍為 -40°C至125°C，能夠適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境，確保在不同溫度條件下都能穩(wěn)定工作。

二、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

1. IEEE 802.3at合規(guī)受電設(shè)備

TPS23753完全符合IEEE 802.3at標(biāo)準(zhǔn)，可廣泛應(yīng)用于各種受電設(shè)備，如VoIP電話、接入點(diǎn)和安全攝像頭等。

2. VoIP電話

為VoIP電話提供穩(wěn)定的電源支持，確保其在網(wǎng)絡(luò)通信過程中不會(huì)因電源問題而中斷，提高通話質(zhì)量。

3. 接入點(diǎn)

在無線網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)中，TPS23753能夠?yàn)槠涮峁┛煽康碾娏?，保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定連接，滿足用戶對(duì)高速網(wǎng)絡(luò)的需求。

4. 安全攝像頭

為安全攝像頭提供穩(wěn)定的電源，確保其能夠24小時(shí)不間斷地監(jiān)控，保障安全監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

三、工作原理與關(guān)鍵特性詳解

1. PoE接口工作原理

TPS23753的PoE接口工作過程包括檢測(cè)、分類和操作三個(gè)階段。在檢測(cè)階段，PSE會(huì)周期性地檢測(cè)是否有設(shè)備插入，當(dāng)檢測(cè)到有效的PD簽名時(shí)，會(huì)進(jìn)入分類階段，詢問PD所需的功率。PD可以返回默認(rèn)的13W電流編碼類或其他四個(gè)選項(xiàng)之一。PSE根據(jù)PD的功率需求決定是否為其供電。在操作階段，PD需要提供維持功率簽名（MPS），以確保PSE持續(xù)供電。

2. 輸入電壓ORing選項(xiàng)

該芯片支持多種輸入電壓ORing選項(xiàng)，用戶可以根據(jù)實(shí)際需求選擇不同的供電方式。例如，當(dāng)外部適配器電壓高于PoE電壓時(shí)，可以選擇外部適配器優(yōu)先；當(dāng)PoE電壓穩(wěn)定且充足時(shí)，可以選擇PoE優(yōu)先。

3. 分類功能

通過連接一個(gè)電阻到CLS引腳，可以對(duì)分類電流進(jìn)行編程，支持Class 0 - 3的功率級(jí)別。用戶可以根據(jù)設(shè)備的實(shí)際功率需求選擇合適的分類電阻，以確保設(shè)備能夠獲得足夠的功率。

4. DC/DC控制器特性

TPS23753的DC/DC控制器采用典型的電流模式控制，具備振蕩器、過流和PWM比較器、電流感測(cè)消隱器、軟啟動(dòng)和柵極驅(qū)動(dòng)器等功能。內(nèi)部的電流補(bǔ)償斜坡發(fā)生器、頻率同步邏輯、熱關(guān)斷和啟動(dòng)電流源等功能，為轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。

四、設(shè)計(jì)要點(diǎn)與注意事項(xiàng)

1. 引腳功能與連接

不同的引腳具有不同的功能，在設(shè)計(jì)過程中需要正確連接。例如，CTL引腳是PWM的控制回路輸入，需要使用VB作為上拉源；CS引腳是DC/DC轉(zhuǎn)換器開關(guān)MOSFET的電流感測(cè)輸入，需要連接到開關(guān)MOSFET電流感測(cè)電阻的高端等。

2. 熱設(shè)計(jì)

在熱設(shè)計(jì)過程中，需要考慮附近PCB的局部發(fā)熱源。因?yàn)門PS23753在正常工作時(shí)可能會(huì)受到附近設(shè)備的熱影響，導(dǎo)致過熱保護(hù)觸發(fā)。因此，需要合理布局電路板，確保芯片有良好的散熱條件。

3. 空白期設(shè)置

BLNK引腳可以用于設(shè)置空白期，以避免電流限制和PWM比較器被開關(guān)MOSFET開啟時(shí)的固有電流“尖峰”誤觸發(fā)?？瞻灼诘倪x擇需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，一般建議初始設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)置為125ns，然后在轉(zhuǎn)換器運(yùn)行后進(jìn)行調(diào)整。

4. 電流斜率補(bǔ)償

電流模式控制需要在電感電流上添加補(bǔ)償斜坡以確保在占空比接近和超過50%時(shí)的穩(wěn)定性。TPS23753提供了固定的內(nèi)部補(bǔ)償斜坡，對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來說已經(jīng)足夠。如果內(nèi)部補(bǔ)償斜坡不夠，可以使用RS來增加補(bǔ)償。

5. 頻率同步

FRS引腳可以用于編程振蕩器頻率，并可以將TPS23753轉(zhuǎn)換器同步到更高的頻率。在同步過程中，需要注意脈沖的寬度和幅度，以確保同步的穩(wěn)定性。

五、保護(hù)與EMI控制

1. 保護(hù)措施

為了確保設(shè)備的安全運(yùn)行，需要采取一系列的保護(hù)措施。例如，在整流后的PoE電壓兩端使用TVS二極管進(jìn)行過壓保護(hù)；在使用適配器供電時(shí)，需要考慮輸入電纜電感與內(nèi)部PD電容的諧振問題，通過適當(dāng)?shù)?a href="http://www.greenbey.cn/tags/電容濾波/" target="_blank">電容濾波或TVS來限制電壓。

2. EMI控制

為了滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)CISPR 22對(duì)傳導(dǎo)發(fā)射的要求，需要采取一些EMI控制措施。例如，優(yōu)化電路板布局、添加濾波和緩沖電路等。此外，還可以采用頻率抖動(dòng)技術(shù)，將開關(guān)頻率進(jìn)行調(diào)制，以降低峰值測(cè)量值。

六、總結(jié)

TPS23753作為一款高性能的PoE接口與隔離式轉(zhuǎn)換器控制器，具有眾多卓越的特性和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。在設(shè)計(jì)過程中，需要充分了解其工作原理和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，合理選擇引腳連接和參數(shù)設(shè)置，采取有效的保護(hù)和EMI控制措施，以確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和性能優(yōu)化。希望本文能夠?yàn)?a href="http://www.greenbey.cn/v/tag/125/" target="_blank">電子工程師在使用TPS23753進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)提供有益的參考。你在實(shí)際設(shè)計(jì)中是否遇到過類似芯片的使用問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。