POE简介

 (Power Over Ethernet)指的是在现有的以太网Cat.5布线基础架构不作任何改动的情况下，在为一些基于IP的终端传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供电的技术。TI公司的TPS23753A是一款集成有POE接口并且内置峰值电流模式DC-DC 控制器的PD芯片。它支持IEEE 802.3at的13W, type 1的PD接口标准，适用于VoIP电话、无线AP等多种PD系统。

图1：PoE供电方式

IEEE 802.3标准中提出了以太网的隔离要求，安规测试IEC60950 标准中要求以太网线与任何消费者可能接触处都要实现隔离。然而在一些实际应用当中，不需要实现电路系统隔离也可以满足相应标准的隔离要求，例如使用塑料外壳的低成本路由器和无IO扩展的电子标志牌等等。

非隔离拓扑：Floating Buck

非隔离的Floating Buck拓扑是由Buck拓扑变化得来。如下图所示，将传统Buck电路的开关管由输入源电流流出路径移动至返回路径，使开关管的源极与输入源共地。这样，简单的低边控制器便可以应用于此拓扑当中。

图2：Buck变换器（左）和Floating Buck变换器（右）的拓扑结构

Floating Buck拓扑的输入输出关系

Floating Buck拓扑的输入输出关系和传统Buck拓扑一致。在稳态条件下，Floating Buck拓扑的输入输出电压满足：

CCM模式： 

DCM模式： 

其中， 和 分别是变换器的输入、输出电压， 为输出电感， 为输出负载， 为开关工作频率， 为开关波形占空比。

TPS23753A Floating Buck设计实例：

图3：Floating Buck设计实例电路

由于Floating Buck变换器的负载与输入源不供地，因此不能采用常见的非隔离直接反馈方式。本实例中采用了一种新颖的非隔离方式进行反馈补偿，如上图所示，设计中使用了一对PNP三极管，将浮置电路中采样、比较生成的误差信号注入其中一只三极管的基极，将此电压误差信号转变为三极管的集电极电流信号，从而实现对地耦合。同时，由于三极管处于误差放大器后级电路中，其静态电流大小不影响对输出电压的直流采样，因此三极管的温漂不会对输出电压精度产生影响。

此外，本设计中还包含软启动电路，此电路的作用是在系统上电时，通过对TLV431补偿网络的输出电压钳位，实现系统的软启动功能。

测试结果：

表1：TPS23753A Floating Buck测试结果

 

测试项	测试结果
输出电压	12V
输出电流	1.5A
工作频率	200kHz
输出电压动态性能（峰峰值）	176mV@12V,0-0.5A,250mA/us
输出电压纹波	30mV@12V,1.5A
效率	90%@12V,1.5A
负载调整率	0.88%@12V,0-1.5A
穿越频率	14.9kHz
相位裕量	83.0°

 

图4：Floating Buck实测效率曲

图5：Floating Buck环路测试波特图

根据实验结果，基于TPS23753A的floating buck电路可以实现高效率、高精度和低纹波输出，满足多种PD设备的供电系统需求。

审核编辑：郭婷