专利名称：电压可调的PoE电源适配器的制作方法
技术领域：
本实用新型主要涉及给最终设备供电的设备，特别是一种电压可调的PoE电源适 配器。
背景技术：
POE (Power Over Ethernet)以太网供电指的是在现有的以太网CAT-5布线基础架 构上不用作任何改动的情况下就能保证在无线局域网接入点AP(无线接入点)、安全网络 摄像机以及其他一些基于以太网的终端传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供 电的能力。P0E技术用一条通用以太网电缆同时传输以太网信号和直流电源，将电源和数据 集成在同一有线系统当中，在确保现有结构化布线安全的同时保证了现有网络的正常运 作。通过以太网供电的嵌入式远程监控和数据采集系统，由于不会受到电源布线的约束和 数据传输的限制，通过一根网线的连接它可以工控现场和一些电源供电不方便的地方。它 将使得各种嵌入式系统得到更为广泛的应用。同时它使得这些电子产品不需要依赖电源的 限制，可以有效的减少电气布线和方便设备的移动。对于PD (受电端设备)来说，除了兼容标准，通过大功率外，灵活配置PD的输出电 压，可使电压范围灵活可调，并提供精确的双电流限制保护，具有欠压锁定输出功能和过载 热保护功能，由于内部集成了 25K的检测电阻并且具有4mm*3mm的DFN小封装，设计时只需 要很少的外部器件就可以正常的工作。目前，很多嵌入式终端设备如VoIP电话、无线局域网接入点AP(无线接入点)、安 全网络摄像头都支持PoE标准，但研制PSE独立供电设备和PD电源适配器的公司确屈指可 数，英国Silvertel公司进行了 PSE独立供电设备和电源适配器的研究，也推出一系列的产 品，但其接口形式并不符合中国用户的使用习惯。台湾完美科技公司和美盛科技公司开发 了支持PoE标准的PSE供电设备和PD电源适配器，PSE的供电范围覆盖从48V-12V，PD适 配器的输出覆盖12V，5V，3. 3V，功率从13. 5W到45W不等，功能全，种类多，但价格都偏高。 目前国内还没有类型的厂商市场化支持PoE标准的PSE供电设备和PD电源适配器。根据对国内外产品的调研确定今后PoE的发展方向是大功率输出和输出电压可 灵活配置。因此如何提高输出功率和输出电压可调，研究如何消除对正常信号传输的干扰 问题就摆在我们面前。
发明内容本实用新型为了使电压范围灵活可调，提出了一种电压可调的PoE电源适配器， 采用拨码开关控制的供电回路的DC/DC转换模块，灵活配置PD的输出电压。达到可为低功 耗的LXI仪器、IP电话机、无线局域网接入点AP、安全网络摄像机等具有网络接口的设备通 过网线进行供电，大大减低此类设备部署和施工难度的目的。本实用新型实现上述目的采用的技术方案是其主要由受电设备控制器芯片LTC4257、集成开关调节器LT3435和提供连接局域网端口芯片ETH1-230LB组成，在所述 LTC4257的VIN脚与整流桥D1和D2连接确定从PSE传输过来的电压整流后的极性、2脚与 电阻R1连接设置功率分级类别、5脚V0UT与8脚的GND连接为V0UT输出脚的连接用来保 证LTC4257的输入电压是负电压，所述LT3435的SW和BOOST间接有电容C9对电源开关进 行满饱和，在Css引脚和输出之间连入一个电容C10，所述ETH1-230LB的输入端口 RJIN，输 出端口 RJ0UT与以太网ETHERNET的标准接口 RJ45端口连接，电信号通过以太网ETHERNET 的标准接口 RJ45端口输入VSSIN和VSSIN_AT进行两路输入，经过D1和D2的桥式整流 电路DF0ISA，输入LTC4257进行功率选择以及双电流限制保护，欠压锁定和过载热保护， LTC4257的输出端通过直流/直流转换器DC/DC与LT3435连接的输入端的第三脚VIN连接 输出经过配置的电压V0UT12，此连接由网络标号DC0UT完成。本实用新型采用可配置的DC/DC芯片实现输出电压可灵活调节的PD模块，可灵活 输出12V，9V，5V的电压以适应不同用电设备的需求。PD可配置其输出电压，通过电路分析 可将供电效率控制在80%，以减少线损和发热。可为低功耗的LXI仪器、IP电话机、无线局 域网接入点AP、安全网络摄像机等具有网络接口的设备通过网线进行供电，以适应不同设 备的需要，大大减低此类设备部署和施工的难度。
图1是本实用新型受电设备控制器芯片LTC4257及其外围电路示意图；图2是本实用新型集成开关调节器LT3435及其外围电路示意图；图3是本实用新型提供连接局域网端口芯片ETH1-230LB及其外围电路示意具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。本实用新型所述的电压可调的PoE(基于以太网供电)电源适配器主要包括受电 设备控制器芯片LTC4257、集成开关调节器LT3435和提供连接局域网端口芯片ETH1-230LB 及其外围电路。所述LTC4257的VIN脚与整流桥D1和D2连接确定从PSE传输过来的电 压整流后的极性，所述LTC4257的2脚与电阻R1连接设置功率分级类别，所述LTC4257的 5脚V0UT与8脚的GND连接为V0UT输出脚的连接，用来保证LTC4257的输入电压是负电 压；集成开关调节器LT3435的SW和BOOST间接有电容C9对电源开关进行满饱和，在Css 引脚和输出之间连入一个电容C10 ；所述ETH1-230LB的输入端口 RJIN，输出端口 RJ0UT与 以太网ETHERNET的标准接口 RJ45端口连接。LTC4257的第四引脚信号输入端VIN通过电 容C1隔离输出DC0UT与LT3435的第三引脚VIN连接。LTC4257的直流输入端VDDIN_AT与 ETH1-230LB 第—^一引脚 TXCT 相连，LTC4257 的直流输入端 VSSIN_AT 与 ETH1-230LB 第十二 引脚RXCT相连；LTC4257的直流输入端VSSIN与以太网ETHERNET的标准接口 RJ45第七引 脚相连，LTC4257的直流输入端VDDIN与以太网ETHERNET的标准接口 RJ45第四引脚相连。 此四个端口为P0E的两路网络端口输入。LTC4257的第六引脚/PWRGD和LT3435第十五引 脚/SHDN均连接外部按钮/SHDN进行系统关闭控制。LT3435第六引脚BOOST、第十二引脚 FB、第十引脚BLAS均连接V0UT12，进行输出电压配置。所述的LTC4257是凌特公司生产 高功率PD(受电端设备)控制器，在兼容IEEE802. 3af标准的同时，具有充足的功率输出，可以灵活的选择功率，提供精确的双电 流限制保护，具有欠压锁定输出功能和过载热保护功能，LTC4257的输出端通过直流/直 流转换器DC/DC与LT3435连接的输入端的第三脚VIN连接，为802. lln接入点、高功率 VoIP (Voice over InternetProtocol)视步页电话、RFID (Radio Frequency Identification 射频识别)等设备提供高性能供电解决方案。LTC4257具有8个引脚，有些引脚可以根据 实际的使用需要而不进行连接，LTC4257将检测电阻集成在芯片内部，外部只需要接分级 电阻就可以了，另外电源输入端只需要接个小容值的电容滤波，同时并接一个瞬间电压抑 制器做过压保护就可以了，电路如图1。值得注意的是LTC4257的输入电压是负电压，输入 范围从0. 3V到-100V，从PSE传输过来的电压经过整流桥D1或D2整流后极性已经确定， LTC4257的8脚为地，相对5脚V0UT输出脚8号脚电势为高电平，因此将整流出的正向电 压加载在8号脚，而5号脚作为其他器件的参考地，这样LTC4257才可以正常工作，LTC4257 兼容IEEE802. 3af标准定义的检测和分级方法，可以通过第2脚外加分级电阻来设置功率 分级类别，电信号通过以太网ETHERNET的标准接口 RJ45端口输入VSSIN和VSSIN_AT进行 两路输入，经过D1和D2的桥式整流电路DF0ISA，输入LTC4257的第四引脚VIN，进行功率 选择以及双电流限制保护，欠压锁定和过载热保护。LTC4257的输出端通过直流/直流转 换器DC/DC(直流/直流)与LT3435连接的输入端的第三脚VIN连接，此连接由网络标号 DC0UT完成。LT3435为集成开关调节器，可输出经过配置的电压V0UT12。当PSE处于检测模式时，一个-2. 8V到-10V的检测电压会加载在LTC4257两端， 此时LTC4257会将内部的一个25KQ的特征电阻加载在GND和VIN间，这个电阻非常精确 并且带有温度补偿功能，特征电阻用来向PSE表明PD已经在线并且要求可以被供电，然而 整流桥中的二极管在回路中与特征电阻串联，对PSE来说二极管的电阻与LTC4257集成的 特征电阻将被作为一个整体检测到，LTC4257通过设置内部检测电阻的偏移来补偿信号通 道中两个二极管的电阻，从而符合IEEE802. 3af规范的检测要求。在一些设计中要求有可选的辅助电源，这样就需要控制PSE是否能检测到PD，当 PSE处于检测模式时，LTC4257将阻止PSE检测，防止向PD供电，当输入电压超过-10V时， 特征电阻恢复到25K来降低功率损耗。当检测成功后输入端将有一个-15. 5V到-20. 5V的 分级电压信号，功率分级情况将通过2脚的分级电阻确定，在分级时器件将消耗很大的功 率，为了避免过热而导致器件损坏，标准规定分级时间不能超过75ms，如果PSE分级探测时 间超过了 75ms，LTC4257会过热，在这种情况下热保护电路将会动作切断分级电流源保护 LTC4257，当温度降低后分级操作会自动恢复。通过加载逐渐变化的分级电流并且保持正的 I-V斜率直到欠压锁定动作，LTC4257提供了一个很好的加载行为来确保兼容任何PSE，在 兼容IEEE802. 3af标准的同时，芯片内部集成了 一个驱动能力达750mA的M0SFET，这保证了 高功率的传输能力。所述LT3435是以个具有500KHZ的集成开关调节器，为公知产品(由元坤伟业国 际科技有限公司销售)。它允许输入电压最高达到60V。具有一个高效3A，0. 1Q的开关， 能够提供包括所需的振荡器、控制器和逻辑电路。电流的拓扑模式，可被用于快速的瞬态响 应，具有良好的稳定环系统。随着创新型的设计技术和新型高电压工艺的成功，在超宽的输 入范围中获得了很高效率。这种高效在超宽的输出范围电流中一直被保持，并利用激发模式工作在低电流环境下。利用输出对内部电路进行偏置，在集成开关调节器LT3435的SW 和BOOST间接有一个供给增压的电容C9来对电源开关进行满饱和。可使电路在整个循环 工作周期保持峰值开关电流，并使输入所需电流降低至1 P A以下。可通过输入逻辑电平驱 动SYNC引脚，使外部电路实现同步。通过在Css引脚和引脚BIAS之间连入一个电容C10， 可提供一个缓慢上升的输出电压(通过软启动)。这种装置也带有一个良好的电源标记，可 进行可编程的阈值和超时以及热保护。所述ETH1-230LB由华特科技开发及销售，提供连接输入网线的LAN端口，可接入 两路。用于高功率的P0E应用之中，它支持IEEE802.3at工作组。该模块专为工作于30瓦 的2对布线设计，还设计了两个模块用于60瓦应用的4对布线。它超越了千兆以太网的 回波损耗的要求。它具有一个最低开路电感系数350 u H的线圈，可工作于补偿电流35mA、 25°C的环境温度下。可处理最低直流电流22. 5mA在85°C的补偿。典型的周围环境温度可 在直流800mA下，从25°C升高7°C，直流1000mA可升高10°C。绕组之间有1500Vrms的隔 离。工作环境温度范围从-40°C到+85°C，电流1A。外围电路包括交直流短路模式选择，短路检测，过压保护，供电错误状态显示，采 用的是公知电路，通过网络标号进行连接。
权利要求一种电压可调的PoE电源适配器，其特征是其主要由受电设备控制器芯片LTC4257、集成开关调节器LT3435和提供连接局域网端口芯片ETH1-230LB组成，在所述LTC4257的VIN脚与整流桥D1和D2连接确定从PSE传输过来的电压整流后的极性、2脚与电阻R1连接设置功率分级类别、5脚VOUT与8脚的GND连接为VOUT输出脚的连接用来保证LTC4257的输入电压是负电压，在所述LT3435的SW和BOOST间接有电容C9对电源开关进行满饱和，在Css引脚和输出之间连入一个电容C10，在所述ETH1-230LB的输入端口RJIN，输出端口RJOUT与以太网ETHERNET的标准接口RJ45端口连接，电信号通过以太网ETHERNET的标准接口RJ45端口输入VSSIN和VSSIN_AT进行两路输入，经过D1和D2的桥式整流电路DFOISA，输入LTC4257进行功率选择以及双电流限制保护，欠压锁定和过载热保护，LTC4257的输出端通过直流/直流转换器DC/DC与LT3435连接的输入端的第三脚VIN连接输出经过配置的电压VOUT12，此连接由网络标号DCOUT完成。
2.根据权利要求1所述的电压可调的PoE电源适配器，其特征是所述受电设备控制 器芯片LTC4257的第四引脚信号输入端VIN通过电容C1隔离输出DC0UT与LT3435的第三 引脚VIN连接。
3.根据权利要求1所述的电压可调的PoE电源适配器，其特征是所述受电设备控制 器芯片LTC4257的直流输入端VDDIN_AT与ETH1-230LB第—^一引脚TXCT相连，LTC4257的 直流输入端VSSIN_AT与ETH1-230LB第十二引脚RXCT相连，LTC4257的直流输入端VSSIN 与以太网ETHERNET的标准接口 RJ45第七引脚相连，LTC4257的直流输入端VDDIN与以太 网ETHERNET的标准接口 RJ45第四引脚相连，此四个端口为P0E的两路网络端口输入。
4.根据权利要求1所述的电压可调的PoE电源适配器，其特征是所述受电设备控制 器芯片LTC4257的第六引脚/PWRGD和集成开关调节器LT3435第十五引脚/SHDN均连接外 部按钮/SHDN进行系统关闭控制。
5.根据权利要求1所述的电压可调的PoE电源适配器，其特征是所述集成开关调节 器LT3435第六引脚BOOST、第十二引脚FB、第十引脚BLAS均连接V0UT12进行输出电压配 置。
专利摘要本实用新型公开的电压可调的PoE电源适配器由受电设备控制器芯片LTC4257、集成开关调节器LT3435和提供连接局域网端口芯片ETH1-230LB组成，在所述LTC4257的VIN脚与整流桥D1和D2连接、2脚与电阻R1连接、5脚与8脚连接，在所述LT3435的SW和BOOST间接有电容C9，在Css引脚和输出之间连入电容C10，在所述ETH1-230LB的输入端口RJIN，输出端口RJOUT与以太网ETHERNET的标准接口RJ45端口连接，电信号通过以太网ETHERNET的标准接口RJ45端口输入VSSIN和VSSIN_AT进行两路输入，经桥式整流电路，输入LTC4257进行功率选择以及双电流限制保护，欠压锁定和过载热保护，输出端通过直流/直流转换器DC/DC与LT3435连接的输入端的第三脚VIN连接输出经过配置的电压VOUT12。可为低功耗的LXI仪器、IP电话机、无线局域网接入点AP、安全网络摄像机等具有网络接口的设备通过网线进行供电。
文档编号H02M3/156GK201639476SQ20102012352
公开日2010年11月17日 申请日期2010年3月5日 优先权日2010年3月5日
发明者任波, 张灵玲, 李广宏, 李蒙, 武新 申请人:洛阳理工学院