MAX5991A/MAX5991B：IEEE 802.3af 合规的高效受电设备

在以太网供电（PoE）系统的设计中，受电设备（PD）的性能和效率至关重要。今天要介绍的 MAX5991A/MAX5991B 就是一款符合 IEEE 802.3af 标准的 Class 1/Class 2 受电设备，它集成了 DC - DC 转换器，为 PoE 系统提供了完整的电源解决方案。

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一、产品概述

MAX5991A/MAX5991B 将 PD 接口与高效 DC - DC 转换器集成在一起，外部元件数量少，还包含低压差稳压器、MPS、睡眠和超低功耗模式。其 PD 接口通过单个外部电阻提供检测和分类签名，具备隔离功率 MOSFET、60mA（最大）浪涌电流限制和 321mA（典型）工作电流限制。集成的降压 DC - DC 转换器采用峰值电流模式控制方案，输入电压范围宽（8.7V 至 60V），支持 1.3A 负载下高达 6.49W 的输入功率，固定 430kHz 开关频率，轻载时通过频率折返提高效率。

二、关键特性与优势

高集成度

• 节省空间和 BOM 成本：集成了 DC - DC 转换器和开关，内置输出电压监控功能，可防止过载、输出短路、输出过压和过热。
• 内置保护：集成 TVS 二极管可承受电缆放电事件（CDE），内部 LDO 稳压器可支持高达 100mA 的负载。

符合 IEEE 802.3af 标准

• 简化设计：通过单个电阻设置 PoE Class 1/Class 2 分类，具备智能保持功率签名（MPS），符合 IEEE 802.3af 规范，简化了壁式适配器接口，能通过 2kV、200m CAT - 6 电缆放电事件。

轻载高效

• 降低功耗：具备睡眠和超低功耗模式，频率折返功能可实现轻载高效运行，还支持背偏置功能以优化效率。

稳健性能

• 宽输入电压范围：8.7V 至 60V 的宽输入电压范围，具备打嗝模式失控电流限制、49mA（典型）浪涌电流限制和开漏 RESET 输出。

易于设计

• 可编程输出电压：3.2V 至 14V 可编程输出电压范围，内部补偿，固定 430kHz 开关频率。

三、电气特性

绝对最大额定值

涵盖了各引脚相对于 GND 的电压范围、电流限制、功率耗散、工作温度范围、存储温度范围、焊接温度等参数，使用时需严格遵守，避免设备损坏。

电气参数

详细的电气参数表格列出了 PD 接口在检测、分类、功率模式下的各项参数，如输入偏移电流、有效差分输入电阻、分类使能和禁用阈值、VDD 供电电压范围和电流等，为电路设计提供了精确的参考。

四、典型工作特性

通过一系列图表展示了静态电流与电源电压、检测电流与输入电压、浪涌电流限制与 VCC 电压、LED 电流与 RSL 电阻、效率与负载电流等关系，直观地反映了产品在不同工作条件下的性能表现。

五、引脚配置与功能

引脚配置

采用 20 引脚、4mm x 4mm 的 TQFN 功率封装，各引脚有明确的功能定义。

引脚功能

详细介绍了每个引脚的功能，如 AUX 为辅助电压输入，可用于背偏置内部电路；LX 为内部 DC - DC 转换器的电感连接；LED 为 LED 驱动器输出等。

六、详细工作模式与保护机制

工作模式

• 检测模式（1.4V < VDD < 10.1V）：设备为 VDD 提供特征差分电阻，PSE 通过施加两个电压计算差分电阻，确保 24.9kΩ 特征电阻的存在。
• 分类模式（12.6V ≤ VDD ≤ 20V）：设备吸收 Class 1/Class 2 分类电流，PSE 通过测量电流确定最大供电功率。
• 功率模式（VDD ≥ VON）：隔离 MOSFET 导通，降压调节器和 LDO 启用，可处于唤醒、睡眠或超低功耗模式。

欠压锁定

当输入电压高于 VON 时进入功率模式，低于 VOFF 且持续时间超过 tOFF_DLY 时，MOSFET 和降压转换器关闭。

LED 驱动器

可驱动 LED 或多个串联 LED，睡眠和超低功耗模式下，LED 电流脉宽调制，幅度由 RSL 设定。

睡眠和超低功耗模式

睡眠模式下，LED 驱动器输出脉宽调制 LED 电流；超低功耗模式可进一步降低功耗，同时保持 IEEE 标准的功率签名。通过 WK 引脚可退出这两种模式。

热关断保护

当芯片温度达到 151°C 时，设备关断，温度降至 127°C 以下时故障解除。

WAD 功能

用于检测壁式电源适配器，检测到适配器时，内部隔离 MOSFET 关闭，分类电流禁用。

内部线性稳压器和背偏置

内部电压调节器为内部电路提供 VDRV，可由 VDD 或 Vaux 供电，VOUT 大于 4.75V 时可用于背偏置 VDRV 以提高效率。

电缆放电事件保护（CDE）

集成 70V 电压钳位，保护内部电路免受电缆放电事件影响。

DC - DC 降压转换器

采用 PWM、峰值电流模式、固定频率控制方案，输入电压范围宽，具备多种保护功能，轻载时通过频率折返提高效率。

频率折返保护

连续八次电感电流过零进入频率折返模式，开关频率降至 215kHz，连续八次开关周期电感电流不过零返回正常模式。

打嗝模式

当高侧 MOSFET 电流超过失控电流限制阈值或输出欠压时触发，关闭高侧 MOSFET，开启低侧 MOSFET，等待 77ms 后尝试重新软启动。

RESET 输出

开漏输出，当 LDO 或开关调节器输出低于 92% 调节值时拉低，高于 95% 调节值 100µs 后变为高阻态。

保持功率签名（MPS）

符合 IEEE 802.3af 标准，端口电流低于 14mA 进入 MPS 模式，高于 40mA 退出。

七、应用信息

壁式适配器应用

优先使用 WAD 供电，检测到壁式电源适配器时，内部隔离 MOSFET 关闭，设备从辅助电源获取功率。

调节 LDO 输出电压

通过连接 LDO_FB 到 VDRV 或使用电阻分压器可设置不同的输出电压，最大输出电流 85mA。

调节降压转换器输出电压

通过改变反馈电阻分压器比例设置输出电压，MAX5991A 为 3.0V 至 5.6V，MAX5991B 为 5.4V 至 14V。

电感选择

根据公式 (L=frac{V{OUT } timesleft(V{IN }-V{OUT }right)}{f{S} × V{IN } × L{I R} × I_{OUT(MAX) }}) 选择电感，LIR 建议在 20% 至 40% 之间。

VCC 输入电容选择

根据公式 (C_{INMIN }=frac{D × T{S} × I{OUT }}{V{IN- RIPPLE }}) 计算最小输入电容，同时要满足纹波电流要求。

输出电容选择

考虑电容的电容值、ESR、ESL 和电压额定值，通过相关公式估算输出电压纹波，选择合适的电容。

八、PCB 布局

PCB 布局对设备的稳定运行至关重要，建议参考 MAX5991A EV 套件布局，遵循输入输出电容连接、电容放置、高电流路径、反馈连接、高速节点布线、散热等方面的准则。

九、典型应用电路

提供了 5V 降压调节器和固定 LDO 输出、5V 降压调节器和可调 LDO 输出等典型应用电路，为实际设计提供了参考。

MAX5991A/MAX5991B 以其高集成度、高效性、丰富的保护功能和易于设计的特点，为 PoE 系统中的受电设备设计提供了优秀的解决方案。在实际应用中，工程师们可以根据具体需求，合理选择和配置相关参数，充分发挥该产品的性能优势。大家在使用过程中有没有遇到过类似产品的一些特殊问题呢？欢迎在评论区分享交流。