三路输出±5%稳压高效POE（以太网供电）电源

POE电源的最大输入功率取决于受电设备(PD)的功率分级。 对于0级PD，最大功率为12.95W；1级PD的功率为3.85W。 本应用笔记介绍了一个三输出、功率为3.12W、具有±5%稳定输出的高效POE电源。

电源的关键特性

275kHz开关频率

符合IEEE802.3af电源标准

在一个16引脚SO封装内集成了符合IEEE802.3af标准的POE接口和PWM控制器(MAX5941A)

反激型拓扑结构

同步整流输出

交流隔离电压达1500V的隔离输出

所有输出稳定在±5%以内

输出：+3.3V （0.2A）、+2.5V （0.6A）和+1.2V （0.8A）

电源工作原理

图1电路是利用符合IEEE802.3af标准的POE接口和PWM电流模式控制器(U2) MAX5941A构成的三输出POE电源。 电源的3.3V和2.5V输出采用同步整流反激拓扑结构，1.2V输出由同步整流降压转换器从3.3V降压产生。 电路原理图中没有包含输入部分的二极管整流桥。

符合IEEE802.3af标准的POE接口部分

MAX5941A IC中一半用于产生POE接口。 二极管整流桥的直流输出加在电容C10的两端。 齐纳二极管D4用于防止MAX5941A出现过压。 MAX5941A的内部热插拔MOSFET会在39V时导通，并缓慢地将C6充电到40V。 MOSFET的导通限制了浪涌电流。 当C6几乎被充满到输入电压时，PGOOD信号变为高电平。 R10为PD侦测电阻，R25为分级电阻。

PWM控制部分

MAX5941A的另一半电路为PWM控制部分。 当电源作用到PWM部分时，PWM控制器开始工作。 软启动电容C14缓慢升高功率变压器的原边峰值电流。

图1. 电源的原理图

 

指示器	数量	描述
C1， C5， C7	3	陶瓷电容器 100μF， 6.3V， X5R， 10% （1210）
C10	1	陶瓷电容器 0.1μF， 100V， X7R， 20% （1206）
C11	1	陶瓷电容器 0.47μF， 16V， X7R， 20%， （0805）
C12， C15， C17， C19， C20	5	陶瓷电容器 0.1μF， 16V， X7R， 20% （0603）
C13	1	陶瓷电容器 4700pF， 100V， X7R， 20% （0603）
C14	1	陶瓷电容器 1000pF， 50V， X7R， 20% （0603）
C16	1	陶瓷电容器 0.33μF， 25V， X7R， 20% （0603）
C18	1	陶瓷电容器 47pF， 50V， COG， 20% （0603）
C2		电解电容器 4.7μF， 35V
C21	1	陶瓷电容器 47μF， 6.3V， X5R， 10% （121）
C24， C25， C4	3	陶瓷电容器 0.1μF， 16V， X7R， 20% （0603）
C26	1	陶瓷电容器 220pF， 50V， X7$， 20% （0603）
C6		电解电容 22μ， 63V
		松下EEVFK1220XP
C8	1	松下EEVFK1220XP
C9	1	陶瓷电容器 2.2nF， 250VAC， X7R， 20% （2220）
D1， D2， D3， D6	4	二极管 1N4148W （SOD323）
D4	1	齐纳二极管 SMBJ54 （中小型）
D5-D8	2	肖特基二极管 BAT54 （SOT23）
L1	1	电感 4.7μH， 线艺 DO1608C-472
L2， L3	2	电感器 1μH， 线艺 DO1608C-102
第一季度	1	NPN 小信号晶体管 MMBT3904 （SOT23）
第一季度	1	n 沟道场效应管 5A，150V （DPAK）
		仙童半导体FQD5N15
第一季度	1	PNP 小信号晶体管 MMBT3907 （SOT23）
第一季度	1	n 沟道、逻辑电平、功率沟槽 MOSFET （SOT23）
R1	1	电阻 4.75k， 1% （0603）
R10	1	电阻 25.5k， 1% （1206）
R11		打开
R12	1	电阻 221Ω， 1% （0603）
R14	1	电阻 2.10K， 1% （0603）
R16	1	电阻 33Ω， 1% （0603）
R17， R21	2	电阻 1k， 1% （0603）
R18	1	电阻 22Ω， 1% （0603）
R19	1	电阻 1.5Ω， 1% （0805）
R2	1	电阻 47Ω， 1% （0603）
R22	1	电阻 7.87k， 1% （0603）
R22	1	电阻 1M， 1% （0603）
R23	1	电阻 1M， 1% （0603）
R24	1	电阻 2.32k， 1% （0603）
R25	1	电阻 255Ω， 1% （0805）
R26	1	电阻 10k， 1% （0603）
R3	1	电阻 100Ω， 1% （0603）
R4	1	电阻 11.30k， 1% （0603）
R6， R7	2	电阻 10kΩ， 1% （0603）
R8	1	电阻 49.9k， 1% （0603）
R9	1	电阻 22.60k， 1% （0603）
T1	1	定制变压器线艺C1154-B
T2	1	栅极驱动变压器脉冲工程PA0184
U1	1	双通道 N 沟道 2.5V （G-S） MOSFET （SO8）
		维沙伊 Si9926BDY
U2	1	符合 IEEE802.3aF 标准的 POE/PWM 控制器 （SO16）
		马克西姆 MAX5941A
U3	1	8 引脚 SO 误差放大器光耦合器 （SO8）
		仙童半导体FOD2712
U4	1	3A 1MHZ 降压稳压器，内置开关 （QSOP16）
		马克西姆MAX8505

 

PWM控制器是一个工作频率为275kHz的电流模式控制器，最大占空比为85%。 R19为检流电阻。 检流电压送入PWM控制器上的电流检测端口，用于NDRV引脚的栅极驱动。 初始偏置由MAX5941A内部的高压稳压器提供，稳压器输入来自电容C8。 一旦开关动作并且电容C2上电压超过10V，偏置电压便而直接由电源VDD供给(而不是由输入提供)

原边栅极驱动

NDRV输出馈送到由晶体管Q1和Q3，电阻R16和R2，电容C18以及二极管D1组成的图腾柱缓冲器。 此缓冲器延迟驱动MOSFET Q2，使副边双同步整流MOSFET U1可以在MAX5941A提供的栅极驱动电压变高时马上关断。 这样可以避免当Q2开通时，变压器(T1)副边发生瞬时短路现象。

变压器T1

变压器T1有五个绕组。 引脚1至12是使用SMD线架、EFD 15铁芯，匝数为40匝的主绕组。 主绕组第十七匝提供原边偏置电源。 三个副绕组与主绕组隔离，可以承受高达1500V的交流电压。 引脚5到8之间的绕组用于3.3V输出，而引脚6到7之间的绕组用于2.5V输出。 引脚4到9之间的绕组构成驱动绕组，用于驱动U1的MOSFET，并且与输出绕组同相。 3.3V和2.5V绕组是采用双线并绕方式，使绕组之间的耦合最大化。

副边整流

双MOSFET U1用于3.3V和2.5V输出的同步整流，以保证较高的转换效率。 变压器(T1的引脚9和4)驱动绕组打开MOSFET U1的栅极。 当原边MOSFET Q2关断时，驱动绕组上的电压变正，同时T2关断Q6。 当MAX5941的NDRV引脚变高，栅极驱动变压器T2接通栅极，使MOSFET Q6断开，从而迫使U1内部的双MOSFET关断。 按照这种工作方式，在3.3V和2.5V输出实现同步整流。

3.3V和2.5V反馈回路

U3包含了光耦、误差反馈放大器和内部1.24V基准。 2.5V和3.3V输出通过电阻R22和R1输入到误差放大器。 因为内部的误差放大器的同相端输入连接到内置1.24V基准电压，反馈控制器将保持R24上的电压稳定在1.24V。 R1和R22的阻值选择要保证流过R24电流的1/2来自3.3V输出，另外一半则来自于2.5V输出。 通过同步整流以及上述处理过程，可以使3.3V和2.5V输出误差低于±5%。 反馈回路还包括C11、C15、R13、R14以及R21等器件。 电阻R21在光耦导通时能够保持流入误差放大器的电流最小。

1.2V输出部分

1.2V输出由同步整流降压调节器从3.3V转换得到。 U4 (MAX8505)是PWM降压调节IC，内部包括同步整流所需的控制器和MOSFET。 在电容C20和C21上可以得到稳定的1.2V直流输出。

审核编辑：郭婷