通过完整的PD接口和集成式开关稳压器简化PoE实施

IEEE 802.3af 以太网供电 （PoE） 是通过 Cat-5 电缆供电的标准，无需插入以太网的设备使用交流适配器。PoE 系统中的两个主要组件是供电设备 （PSE） 和受电设备 （PD），前者提供电力，后者接收和使用电力。PSE 不会向负载供电，除非它检测到有效的特征电阻，这将兼容的 PD 与无法接收电源的设备区分开来。PD 获得电源后，还必须将 –48V PoE 有效地转换为合适的电源电压。典型的PD设计采用两个IC来完成这些任务。简化PD设计的一个明显方法是将接口和DC-DC转换电路集成到单个器件中。

LTC4267 通过将一个符合 IEEE 802.3af 标准的 PD 接口与一个电流模式开关稳压器相结合，减小了 PD 的复杂性和尺寸。图 1 显示了该器件的框图。LTC4267 包括 25kΩ 特征电阻器、分类电流源、热过载保护、特征禁用和一个电源良好信号，以及一个专为与 IEEE 要求的二极管电桥配合使用而优化的欠压闭锁 （UVLO）。精准的双电平电流限制允许 LTC4267 对大负载电容器充电，并与传统 PoE 系统接口。电流模式开关稳压器专为驱动额定电压为 6V 的 N 沟道 MOSFET 而设计，具有可编程斜率补偿、软启动和恒定频率操作功能，即使在轻负载条件下也能最大限度地降低噪声。LTC4267 包括一个内置误差放大器和电压基准，因而允许其在隔离和非隔离配置中使用。所有这些功能都集成在一个节省空间的扁平 16 引脚 SSOP 或 DFN 封装中。

图1.LTC4267 框图。

PD 实施变得简单

图2显示了一个完整的PD检测和电源转换应用，证明了PD实现是多么简单。LTC4267 的封装尺寸是业界最小的，许多传统上由外部组件实现的电路都已折叠到该器件中。

图2.具有 2.3V 隔离电源的 3 类 PD。

在检测过程中，供电设备 （PSE） 通过施加两个电压、测量相应的电流，然后执行 ΔV/ΔI 计算来识别是否存在符合 IEEE 802.3af 标准的 PD。一个25kΩ特征电阻向PSE发出信号，表明存在有效的PD，并准备接收电源。大多数局部放电检测解决方案需要一个或多个外部电阻才能在检测过程中显示有效的特征。LTC4267 的优点之一是一个内部温度补偿型 25kΩ 特征电阻器，该电阻器经过精准修整以考虑输入二极管电桥和所有并联漏电路径的串联电阻。这确保了正确的局部放电检测，而无需确定外部组件的尺寸。

另一个独特的功能是签名禁用功能。当 SIGDISA 引脚被激活时，LTC4267 提供了一个 9kΩ 电阻，该电阻向 PSE 发出不为 PD 供电的信号。此功能简化了与外部电源（如墙上变压器）的接口。

一旦 PSE 检测到 LTC4267，PSE 就可以通过检测一系列负载电流来对 PD 进行分类。LTC4267 提供了一种简单的 PD 分类方案：PD 设计人员使用单个 R 来设置分类负载电流.CLASS电阻或离开 R.CLASS0 类的引脚打开。在分类期间，LTC4267 从 V波特普通过引脚穿过 RCLASS 电阻器，通知 PSE PD 功率要求。

IEEE 802.3af 规定分类电压范围介于 –15.5V 至 –20.5V 之间。然而，LTC4267 设计用于在 –15.5V 至 –36V 标称值的 UVLO 导通门限范围内保持分类模式。IEEE 802.3af不需要这种扩展的分类范围，但增加的范围通过在导通电压之前保持单调增加的V-I特性，有助于PSE-PD上电稳定性。

LTC4267 提供了一种完整的独立式双通道电流保护，无需任何外部组件。LTC4267 独特的电流限制方法可确保 PD 与新旧 PSE 的互操作性，并且与竞争产品不同，LTC4267 不依赖于 PSE 来监视电流限制。当 LTC4267 达到 UVLO 导通电压并准备提供电源时，LTC4267 将浪涌电流限制在 140mA 标称值，直到负载电容器 （CLOAD在图2中）充电至最终值的1.5V以内。一旦达到此电压门限，限流门限将切换至375mA标称电流，用于PD操作的其余部分。双电平电流限制允许电流源能力有限的传统 PSE 为 PD 供电，同时允许 PD 最大限度地提高符合 IEEE 802.3af 标准的 PSE 的功率利用率。通过在 PD 上电后保持一个 375mA 的电流限值，LTC4267 使 PD 不依赖于 PSE 来实现电流限制，并避免了可能的互操作性问题。这些限流功能由板载 100V、400mA N 沟道功率 MOSFET 和内部检测电阻器控制。

LTC4267 在负载电容器 （CLOAD在图2）中充电至最终值的1.5V以内。电源良好信号可用于向开关稳压器发出信号，表明 PD 接口已为负载电容器充电并准备通电。电源良好电路中包括一个 3V 迟滞，因而允许 LTC4267 在电流限制点附近工作，而不会无意中呈现一个无效的电源就绪。

热停机电路监视管芯温度，作为自保护 LTC4267 和其他电子电路免受过流或过热情况影响的额外手段。如果此类事件发生在分类序列（PSE 探测超过 IEEE 规定的最大值 75ms）或正常 PD 操作（多次接通事件）中，则热停机电路通过断开输出负载的电源并禁用分类电流来保护 LTC4267，直到芯片恢复到安全的工作温度。

在最简单的情况下，可通过 VPORTP 和 PVCC 之间的压降电阻器为 LTC4267 开关稳压器供电。一个内部并联稳压器将电源维持在 9.4V，提供栅极驱动所需的电压。LTC4267 还可采用一个前置稳压器和 / 或一个反激式变压器上的一个单独的偏置绕组来供电。这些方法中的每一种都提高了效率。在使用反激式方法时，并联稳压器尤为重要，因为它还具有保护 LTC4267 PVCC 引脚免受过大电压影响的重要功能。

LTC®4267 开关稳压器具有两种在初始上电序列期间启用操作的方法。PVCC引脚包括一个带迟滞的UVLO电路，ITH/RUN引脚用作内部误差放大器的使能和补偿点。接口电路为负载电容器充电后，利用 ITH/RUN 和 PVCC 引脚使能开关稳压器操作。请注意，必须使能两个引脚才能开始操作。通过将 PVCC 引脚拉至 UVLO 关断门限以下或将 ITH/RUN 引脚拉至 0.28V 标称阈值以下，可以禁用开关稳压器。

在PD接口电路和开关稳压器之间实现鲁棒的上电序列对于成功的PD应用至关重要。电源良好信号表示负载电容器已充电，该信号可用于使能开关稳压器。由PWRGD驱动的N沟道晶体管可用于通过箝位P来禁用开关稳压器可变资本公司或我千/运行引脚。禁用开关稳压器直到负载电容充电也可以通过在P上设置RC延迟来实现。可变资本公司引脚如图2所示。LTC4267 的灵活性使 PD 设计人员能够自由地以多种方式实施一个受控的上电序列。

LTC4267 具有一种软起动功能，该功能可在 ITH/RUN 引脚松开后提供额外的 1.4ms 延迟。软启动功能可降低开关稳压器浪涌电流并减少输出过冲。与竞争产品不同，编程此延迟没有最小外部电容要求。设计人员可以选择通过在 ITH/RUN 和 PGND 引脚之间使用一个外部电容器来提供额外的软启动延迟。

LTC4267 中集成了一个具有一个精准电压基准的内部误差放大器。此功能在非隔离电源应用中特别理想，因为PD设计人员不需要添加外部放大器或基准电压源。内部精密基准在 1oC 至 5oC 温度范围内提供 ±0.70% 以内的输出电压精度。对于隔离式电源应用，通过将VFB引脚连接到PGND，并将外部误差放大器和光隔离器连接到I，可以禁用内部误差放大器和基准电压源千/运行引脚。图 2 示出了使用一个外部放大器的隔离式电源示例，图 3 示出了使用 LTC4267 内部误差放大器的非隔离电源。

图3.3 类 PD，带 5V 非隔离电源。

斜率补偿对于稳定控制环路以免受次谐波振荡至关重要，LTC4267 通过在 LTC4267 的检测电阻器和 SENSE 引脚之间包含一个可选电阻器来提供斜率补偿。SENSE 引脚监视检测电阻两端的电压。它还通过斜率补偿电阻提供 5μA 电流，从而将 SENSE 引脚电压提高到检测电阻器电压以上。这反过来又修改了开关稳压器的占空比，防止了次谐波振荡。

结论

LTC®4267 是一款独立的以太网供电 PD 接口，其结合了 802.3af PD 分类和一个开关稳压器。它集成了许多传统上由单独组件实现的功能，但它保留了外部组件提供的灵活性。结果是一个紧凑，易于使用但多功能的设备。

审核编辑：郭婷