單片機電源模塊設計

2.5W恒壓／恒流式充電器的輸出特性如圖2所示。

圖2 2.5W充電器的恒壓／恒流輸出特性

2 帶以太網(wǎng)接口的15WDC／DC電源變換器模塊

2.1 以太網(wǎng)電源的性能特點(diǎn)

以太網(wǎng)（EthernetNetwork）是目前最常用的一種局域網(wǎng)。以太網(wǎng)電源簡(jiǎn)稱(chēng)POE（Power Over Ethernet），它僅通過(guò)一根以太網(wǎng)電纜即可同時(shí)為用戶(hù)提供數據和供電電源，不需要再另外布線(xiàn)。以太網(wǎng)電源中的電源裝置簡(jiǎn)稱(chēng)為PD，它具有以下特點(diǎn)：

——能提供PD檢測與分類(lèi)信號；

——能提供到DC／DC電源變換器的軟啟動(dòng)接口；

——具有過(guò)電流保護、過(guò)電壓保護、過(guò)熱保護等功能。

根據POE規范，PD應具有以下3個(gè)基本功能。

1）能識別信號阻抗 當一個(gè)輸入電壓加到PD時(shí)，它必須在規定電壓范圍內呈現正確的識別信號阻抗。當某個(gè)以太網(wǎng)設備請求供電時(shí)，首先給以太網(wǎng)發(fā)出2.5～10V的電壓信號，有效的PD檢測到此電壓信號后，就將一個(gè)23.75～26.25kΩ的電阻置于供電回路上，電流會(huì )隨輸入電壓而變化；通過(guò)檢測該電流確認在以太網(wǎng)電纜終端有一個(gè)有效的以太網(wǎng)設備需要供電。如放置的電阻值在12～23.75kΩ或在26.25～45kΩ范圍內，則認為該以太網(wǎng)設備有效但不需要供電。其他范圍的電阻值則意味著(zhù)所檢測到的以太網(wǎng)設備無(wú)效。

2）類(lèi)型 PD有不同的類(lèi)型，每種類(lèi)型對應于一定的電流。例如，“0”類(lèi)PD的電流為0.5～4mA。當PD檢測有效信號之后，就對PD進(jìn)行分類(lèi)。具體方法是將送到網(wǎng)絡(luò )鏈路上的電壓升高到15.5～20.5V，使PD獲得一個(gè)固定的電流，再根據電流范圍完成PD分類(lèi)。

3）開(kāi)關(guān)連接 連接以太網(wǎng)電源的開(kāi)關(guān)主要有兩種，一種是雙極型晶體管開(kāi)關(guān)，其電源效率較高，成本較低；另一種為MOSFET開(kāi)關(guān)，其電源效率極高（可接近于100％）。

下面介紹一種帶以太網(wǎng)接口電路的同步整流式15WDC／DC電源變換器模塊，可廣泛用于網(wǎng)絡(luò )及通信設備中。

2.2 15W以太網(wǎng)電源模塊的電路設計

由雙極型開(kāi)關(guān)管和DPA424P構成15WPOE模塊的內部電路如圖3所示。該電源由兩部分組成，即以太網(wǎng)接口電路（電路中用虛線(xiàn)框表示）和DC／DC電源變換器。模塊中包含POE識別信號阻抗（24.9kΩ，直流2.5～10V）、“0類(lèi)”類(lèi)型電路（0.5～4mA，直流15～20V）。采用雙極型晶體管開(kāi)關(guān)或MOSFET開(kāi)關(guān)時(shí)，POE接口的效率分別為η≥87％或η≥97％。

圖3 由雙極型開(kāi)關(guān)管和DPA424P構成15WPOE模塊的內部電路

2.2.1 以太網(wǎng)電源接口電路的工作原理

該以太網(wǎng)電源接口電路的工作過(guò)程可分為三個(gè)階段：在第一階段，當輸入電壓加到PD時(shí)，它必須在直流2.5～10V的電壓范圍內呈現正確的識別信號阻抗，電阻R13（24.9kΩ）可提供這個(gè)阻抗；在第二階段，當直流輸入電壓為15～20V時(shí)，PD用一個(gè)規定的電流來(lái)識別裝置類(lèi)型，例如“0類(lèi)”電流范圍是0.5mA～4mA，這也由R13來(lái)完成；在第三階段，通過(guò)雙極型開(kāi)關(guān)管（VT）將輸入電壓接到DC／DC電源變換器上，該電源變換器允許輸入超過(guò)30V（28V＋UR14）的直流電壓。此時(shí)穩壓管VDZ1被反向擊穿，通過(guò)R14給VT提供基極電流。R15的作用是防止在其他條件下開(kāi)啟電源。一旦開(kāi)啟電源，輔助繞組輸出的高頻電壓信號就經(jīng)過(guò)耦合電容C3、整流管VD2和限流電阻R16來(lái)提高VT的直流偏壓，使基極電流增大。在負半周時(shí)VD1導通，可確保加到基極上的偏壓總為正壓。

如圖4所示為使用MOSFET（V3）的開(kāi)關(guān)電路。VDZ4及VDZ5分別采用28V及15V穩壓管。當輸入電壓超過(guò)28V時(shí)VDZ4被反向擊穿，使V3導通，將電源開(kāi)啟。當輸入電壓超過(guò)43V時(shí)VDZ5也被反向擊穿，能限制V3的柵－源電壓，起到保護作用。R15能防止V3被誤導通。該以太網(wǎng)電源模塊的識別信號阻抗與輸入電壓的關(guān)系曲線(xiàn)如圖5所示，識別電壓范圍是2.5～10V。

圖4 使用MOSFET的開(kāi)關(guān)電路

圖5 識別信號阻抗與輸入電壓的關(guān)系曲線(xiàn)