幾乎所有商業(yè)大廈都會鋪設CAT-5電纜，其主要應用為10/100 Mb/s以太網(wǎng)。根據(jù)以太網(wǎng)標準，四對雙絞線纜中只有兩對用于數(shù)據(jù)傳送，另外兩對則未被使用。采用以太網(wǎng)供電 (Power over Ethernet；PoE) 結構，即IEEE 802.3af標準，電源可以施加到未被使用的線對上。雖然PoE技術也可用于運載數(shù)據(jù)的線對，但本文將集中討論利用未被使用線對的方法。一般終端設備都可從這項技術中獲益，包括無線寬帶路由器和IP電話，而報警系統(tǒng)、恒溫器及標記閱讀器等設備也可受益于PoE。
PoE的設計正日漸增多。其原理是在未被使用的線對上施加48V電壓，并向接收數(shù)據(jù)信號的單元提供全部功率。本文將討論在供電設備 (PSE) 的接收端設計一種為供電裝置 (PD) 而設的輸入控制電路，以及包括DC/DC切換轉換器的參考設計，將48V電壓調低至IC適用水平。
 檢測算法
當為CAT-5電纜提供48V電壓時，假如接收設備不支持PoE便會出現(xiàn)問題，PSE將率先啟動檢測算法，發(fā)出介于2.8V至10V之間的感測信號，并監(jiān)測電流。PD輸入電路的輸入信號電阻Rs的范圍必須在23.75KW~26.25KW之間，使得PSE能夠繼續(xù)進行驗證操作。PSE也可能需要一個并聯(lián)電容，這會在以下的PD輸入設計部分討論。 之后，PSE會進行選擇性的功率分類操作，以便設置可從線路獲得最大功率量。通過將電壓快速升高至15.5V~20.5V的水平，并測量吸收的電流，PSE可將PD分為四個類別。PSE實際發(fā)出的電平會隨設備單元而變化，而某些設備在電流分類時僅輸出8V電壓。
在達到信號電阻和電流分類規(guī)格之后，PSE會快速升至48V的標稱PoE電壓。但必須注意幾個因素，如過沖電流限制、過壓保護以及欠壓鎖定。
使用分立元件的PD輸入設計
這里所講的PSE算法只涉及全部PoE性能的極少部分。下面的示例是使用幾個分立元件的PD輸入電路參考設計。
圖1描述了PD輸入的基本流程。從左邊開始，需要提供尖峰電壓保護，以避免損壞連接的MOSFET或DC/DC轉換器輸入。由于可使用300英尺以上的介質和磁性隔離單元將PSE和PD分隔開來，因此過多電壓瞬變現(xiàn)象出現(xiàn)的機會很大。一種保護方法是使用瞬態(tài)電壓抑制器 (TVS) 將尖峰信號鉗位在預定的電平上。另外，為了防止48V電路的極性錯接，可使用反向二極管將電流吸收回電源中。
如前所述，必須有合適的信號阻抗提供給PSE。在這個設計中，25KW電阻器跨接在48V電路上，并存在于整個功率序列中。如果通過這個電阻器的2mA電流是強調功率應用效率設備的主要功耗源頭，便需在設計中加入額外的檢測晶體管，以便在PD檢測完成后將信號電阻器從功率環(huán)路中移去。在電流分類階段保留25kW電阻器具有雙重作用，可以幫助PSE確定全功率。
某些PSE單元在為PD提供48VDC之前，會搜索超過一個的有效信號電阻器。這些PSE單元可能需要少量的電容，與25kW電阻器平行放置。圖1中PD原理圖所示的典型值為0.1mF。這個電容器同時用于PD檢測和旁路保護，能夠吸收由帶電插入操作引起的高頻瞬流。
本示例使用的MOSFET用于欠壓鎖定 (UVLO)，其規(guī)格應依據(jù)總體功耗來確定。對于負載較輕的和對成本敏感的應用中，可采用1.25A、 60V MOSFET-FDD5618P。而15A、60V MOSFET-FDD5614P則適用于重型的負載應用，同時需要維持低器件溫度。該MOSFET的柵極通過專用齊納二級管連接至PSE輸出電平，在達到預定條件之前，它不會連接PSE和DC/DC轉換器之間的節(jié)點。

PD DC/DC轉換器設計
在為負載IC供電之前，負載IC可以是IP電話或無線寬帶路由器，48V DC輸入必須逐步降低至更有用的水平。在這種情況下應使用開關電源以維持足夠的效率。下面要討論的參考設計中的回掃式轉換器就是用來將輸入電壓降低至5V。
對PoE而言，DC/DC轉換器的主要規(guī)格指標是過沖電流限制。如果轉換器的輸入電容大于180mF，而且PSE不支持內部電流限制，則PD輸入電路必須進行過沖電流限制。在這個設計中，DC/DC轉換器的輸入電容處于規(guī)范之內，所以無需附加電流限制。假如輸入電容超過180mF，就可通過增加有源的電流限制電路來限制過沖電流。這個示例具有許多不同的選擇，但幾乎所有PSE單元均可根據(jù)PSE轉換器規(guī)格來啟動電流限制。
PoE電源設計具有30V~57V的輸入電流范圍(應用的典型值為48V)，以及最大輸出電流額定值為3A的5V輸出(15W)。使用回掃式拓樸的目的是將總體設計成本降到最低，并能夠實現(xiàn)70%~80%的總體額定效率。圖2所示為回掃式電源設計原理圖。

初級電路
下面討論電源原理圖(見圖2)，但不包括變壓器磁性元件。
輸入電容
在AC/DC電源中，使用輸入濾波器電容可減少全波整流電路的電壓紋波。在DC/DC轉換器中，輸入濾波器電容可用來去除電路上的瞬壓變化，甚至在主電路電壓完全中斷時維持輸入電壓。舉例說，如果初級電路需要一定的保持時間(無輸入電壓)，C1需達到數(shù)百或數(shù)千法拉，在這情況下，可使用47mF電容在PoE輸入電路中除去所有瞬壓變化。
緩沖器電路
為了保護PWM控制器 (IC1) 的內部SenseFET (源－漏極最大額定電壓為200V)，將緩沖器電路設計為輸入電壓的兩倍。其中，為了計算緩沖電阻的阻值，須首先確定初始峰值電流。初始峰值電流也有助于確定緩沖電阻 (R11)的最大額定功率。初始峰值電流可利用最差的條件參數(shù)來計算，即當內部SenseFET導通時間達到最大值時，可從主線路上吸取的最大電流量(當Vin=30V)。

(1)
一旦知道初始峰值電流，便可計算出緩沖電阻器R11的數(shù)值，如方程式2所示。

(2)
為了獲得尺寸合適的電阻器，必須計算它在PWM控制器停用時所需處理的功率(如3式)。
                  (3)
緩沖電容器應具有低有效串聯(lián)電阻 (ESR)，如陶瓷電容器，以便將尖峰電壓降至最小。
振鈴電路
振鈴電路 (C10和R12) 也很重要，它能在SenseFET釋放至電源輸入電壓時，減少變壓器初級的振鈴現(xiàn)象。
當次級電流在不連續(xù)模式下降至零時，這兩種元件有助于消除初級的振鈴現(xiàn)象。典型值為R=300W~1500W，及C=500pF~5000pF。
啟動電路
輸入電壓電容器 (C4) 規(guī)格必需配合，以執(zhí)行精確的工作。在軟啟動期間，Vcc電容器 (C4) 由DC線路的60mA (典型值) 啟動電流，通過R2進行充電，而Vcc電容器通過10mA IC工作電流和MOSFET柵極驅動電流 (Qg