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标准以外的高功率PoE解决方案作者：HepingDai，DavidArciniega
引言
IEEE802.3af以太网供电(PoE)标准于2003年6月批准通过。此后，诸如IP电话与无线LAN接入点等众多应用纷纷开始遵从这一最新标准。PoE市场中新推出了用于以太网线缆两端的几种PoE电源控制器。例如，TPS2383A是符合IEEE802.3af标准的控制器，用于线缆的供电设备(PSE)端，而TPS2375则是IEEE802.3af用电设备(PD)控制器，用于线缆的下行端。上述控制器不仅简化了PoE设计，而且还使之更为可靠，并符合标准。采用PoE之后，越来越多的终端设备都设计为可以直接从以太网线缆/RJ-45连接器获得电力。但是，IEEE802.3af标准限制PSE可提供的功率为15.4W，而用于PD的功率为12.95W。如果应用要求的功率大于IEEE802.3af标准允许的量，则设计人员就要以创造性方法推出标准以外的解决方案。幸运的是，目前市场中提供的器件可用于上述类型的设计。我们应当记住，这些解决方案要求PSE提供更高的功率，但范围仍保持在以太网线缆和RJ-45连接器的最大安全工作电流之内。
高功率用电设备
就符合IEEE802.3af标准的PD而言，所采用的最大DC电流为350mA，限流为450mA。为了从PSE获得更高的功率，我们可用热插拔控制器实施标准以外的高功率PD。我们可采用如图1所示的TPS2490实施此类解决方案。工作电流与限流都由电流感应电阻器和所选的外部MOSFET进行外部设置。感应电阻器RS设置最大DC限流，且应用应选择外部MOSFET。此外，通过选择电阻分压器RPROG1和RPROG2来对功率限制特性进行编程，TPS2490还可用于保护外部MOSFET（见TPS2490数据手册）。正如我们所指出的那样，就其从线缆所获得的功率量以及被检测为有效PD的情况来看，该解决方案是超出标准之外的。
图1.带有标准以外UVLO的高功率PD如果我们需要IEEE802.3af标准所定义的有效PD，那么与RUV1及RUV2并联的等效电阻RDET就可被设为约等于24.9Kohms。这就能够满足标准定义的有效PD检测电阻要求了。我们还应注意，选择RUV1和RUV2时应满足所需的通电阈值（见TPS2490数据手册）。
为了实现符合IEEE802.3af标准的打开和关闭输入阈值电压，我们还要添加额外的电路，如图2所示。该电路还可用于编程打开和关闭阈值，通过调节RUV1、RUV2以及RUV3的电阻值来达到所需范围。RUV1和RUV2间的分压决定了打开上升阈值电压，而RUV1||RUV3与RUV2间的分压则决定了输入的关闭阈值电压。
图2.高功率PD，带有符合IEEE802.3af标准的UVLO（39.4V上升，30.6V下降）就图1与图2所示的两个PD而言，FET应为一个N通道MOSFET，带有100V的漏极额定电压。它还应具备20V的闸极额定电压以及2A或更高的漏极额定电流。为了通过PD前级(frontstage)获得更高功率，应选择RS的电阻值，这样限流就比最大负载电流高出约20%。举例来说，如PD最大负载（DC/DC转换器）为22W（或最小输入电压44V上的最大等效负载电流为0.5A），则限流可设为0.6A，这就需要把RS设为约83mW。
图1和图2所示的解决方案都带有高侧开关。众多应用并不关心使用高侧还是低侧开关，但有些PD却更希望使用低侧开关。为了配置低侧开关PD，需要一个低侧MOSFET驱动器。图3显示了采用TPS2399的解决方案。TPS2399是一个额定为100V的电流斜波热插拔控制器，其正好适用于超出标准以外的低侧开关PD控制器。
图3.带有低侧开关的高功率PD这种设计与图1所示几乎相同，但可采用不同的控制器来处理低侧开关。由于TPS2399控制器有着不同的限流感应阈值，因此感应电阻必须不同，这才能达到与图1所示相同的限流。遵循前面的例子，限流应设为0.6A。就图3所示的应用而言，感应电阻RS应大约为67mW，而非83mW。
假定图1和图3所示RDET、RUV1以及RUV2的等效输入电阻约25kW，则以上所有三个解决方案都应将PD设置为0类，这就可实现从各自的PSE获得最大功率。
高功率电源设备
根据设计，即便是PD可用于获得更高功率，其也有可能无法得到所需功率，因为符合IEEE802.3af标准的PSE也有功率限制。如图4所示，采用TPS2383而又符合标准的PSE所允许的线缆最大持续电流仅为0.35A（或功率为15.4W，限流为0.4A），因为电流感应电阻为0.5W（与IRFD110串联）。允许从源极获得更高功率的简单方法就是降低感应电阻值，这样限流就会变高。举例说来，如果要求从PSE获得19.25W的功率（