TPS2376HEVM評估板：高功率以太網(wǎng)供電解決方案全解析

在電子設(shè)備不斷發(fā)展的今天，以太網(wǎng)供電（PoE）技術(shù)憑借其便捷性和高效性，在眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。今天，我們就來深入探討一下德州儀器（TI）的TPS2376HEVM評估板，它為高功率PoE應(yīng)用提供了一個完整的解決方案。

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一、相關(guān)文檔與背景知識

TI為TPS2376HEVM評估板提供了一系列相關(guān)文檔，包括TPS2376 - H數(shù)據(jù)手冊（SLVS646）、UCC3809 - 2數(shù)據(jù)手冊（SLUS166）等。傳統(tǒng)的PoE遵循IEEE 802.3af標(biāo)準(zhǔn)，每個端口的最大功率分配為15.4W，但由于CAT5電纜的電阻損耗，實際到達(dá)受電設(shè)備（PD）輸入的有效功率約為13W，再經(jīng)過PD輸入后的電源供應(yīng)，最終負(fù)載的實際功率約為11W。然而，隨著終端設(shè)備復(fù)雜度的增加，許多設(shè)備需要的功率超過了該標(biāo)準(zhǔn)的允許范圍。TPS2376HEVM評估板展示了PD如何向負(fù)載提供高達(dá)25W的功率，并且可以與遵循IEEE 802.3af標(biāo)準(zhǔn)檢測和分類程序的任何電源設(shè)備（PSE）接口。

二、評估板概述

TPS2376HEVM評估板展示了一個完整的PD解決方案，包括許多PoE應(yīng)用所需的檢測、分類和電流限制功能，并向負(fù)載提供隔離的5V/5A電源。其DC/DC電源采用了基于UCC3809 - 2經(jīng)濟初級側(cè)控制器的連續(xù)導(dǎo)通模式同步反激拓?fù)洹?/p>

三、評估板設(shè)置

3.1 輸入/輸出連接器說明

• J1 - 數(shù)據(jù)端口輸出：RJ - 45適配器插孔，用于以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸。不過在PoE操作中，該端口不使用。
• J2 - 以太網(wǎng)電源：用于將以太網(wǎng)電源連接到評估板。需將來自PSE的CAT5電纜插入此處，且一次只能在J3或J4上施加電源，不能同時施加。施加電源時，需在J5上放置短路跳線以確保正常運行。
• J3 - DC/DC輸入電源：在某些情況下，可在不使用前端PD的情況下測試DC/DC電源。將 +48V施加到接頭的TP1側(cè)，并將返回GND路徑連接到TP2側(cè)。施加電源時，需移除J5上的短路跳線。
• J4 - 5V輸出電源：DC/DC電源的5V輸出?？稍谠摻宇^的兩個端子之間連接負(fù)載，正極靠近TP5，負(fù)極靠近TP9。
• J5 - 受電設(shè)備DC/DC斷開：該跳線將TPS2376 - H的PG輸出連接到UCC3809 - 2的定時電容。將該節(jié)點保持低電平可禁用UCC3809 - 2，防止5V輸出開啟。

3.2 電氣規(guī)格

3.3 測試結(jié)果

• 5V輸出啟動波形：在J3施加48V直流電壓后，J4的5V輸出啟動波形展示了輸出從啟動到穩(wěn)定的過程。
• TP13波形和5V輸出紋波電壓：在J4輸出加載到5A，J3輸入電壓設(shè)置為48Vdc時，展示了初級側(cè)FET漏極的TP13波形和J4的5V輸出紋波電壓。
• 轉(zhuǎn)換器效率和負(fù)載調(diào)節(jié)：展示了在J2和J3分別施加48V時，轉(zhuǎn)換器的效率和負(fù)載調(diào)節(jié)情況。
• 電流分布：為避免TPS2376 - H PD的電流限制，使用了由Q1、Q2、R15和R19組成的電流升壓電路，以創(chuàng)建輸入電流的二次返回路徑。
• 環(huán)路增益和相位裕度：在J3輸入電壓設(shè)置為48V，J4輸出加載到5A時，環(huán)路帶寬約為3.19kHz，相位裕度約為75.3°。

四、板布局

4.1 布局圖示

評估板提供了頂面和底面的布局圖示，方便工程師了解元件的分布和布線情況。

4.2 布局考慮因素

PoE前端的布局需要遵循良好的電源和EMI/ESD實踐。一些基本建議包括：

• 元件放置應(yīng)按照功率流以點對點的方式排列，如RJ - 45 → 以太網(wǎng)變壓器 → 二極管橋 → TVS和0.1μF電容 → TPS2376 - H → 大容量電容 → DC/DC電源。
• 避免信號在功率流的不同部分之間交叉。
• 保持所有引線盡可能短，使用寬功率走線和成對的信號和返回路徑。
• 在48V輸入電壓軌之間以及輸入和隔離轉(zhuǎn)換器輸出之間，必須遵守如IEC60950等安全標(biāo)準(zhǔn)的間距要求。
• TPS2376 - H應(yīng)參考本地接地平面VSS，UCC3809 - 2應(yīng)參考本地接地平面RTN。
• 在表面貼裝功率耗散設(shè)備上使用大銅填充和走線，在功率路徑中使用寬走線或覆蓋銅填充。
• 轉(zhuǎn)換器布局應(yīng)遵循一些基本規(guī)則，如配對信號以減少輻射和噪聲，最小化高電流脈沖路徑的長度等。

五、物料清單和原理圖

5.1 物料清單

評估板的物料清單詳細(xì)列出了所需的元件，包括電容、電阻、二極管、晶體管、電感、變壓器等，以及它們的參數(shù)、封裝和制造商。

5.2 原理圖

原理圖為工程師提供了電路的詳細(xì)連接信息，有助于理解電路的工作原理和進(jìn)行故障排查。

六、使用注意事項

• 電壓范圍：必須在0V至57V的輸入電壓范圍和4.75V至5.25V的輸出電壓范圍內(nèi)操作評估板，超出指定范圍可能導(dǎo)致意外操作和/或?qū)υu估板造成不可逆損壞。
• 負(fù)載范圍：施加超出指定輸出范圍的負(fù)載可能導(dǎo)致意外操作和/或?qū)υu估板造成永久性損壞。
• 高溫元件：在正常操作期間，一些電路元件的外殼溫度可能超過70°C，操作時需注意避免觸摸這些元件。

七、總結(jié)

TPS2376HEVM評估板為高功率PoE應(yīng)用提供了一個完整且實用的解決方案。通過詳細(xì)的設(shè)置說明、測試結(jié)果和布局考慮因素，工程師可以更好地理解和應(yīng)用該評估板。在使用過程中，務(wù)必遵循相關(guān)的注意事項，以確保評估板的正常運行和安全性。你在使用類似評估板時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。