如何設計樹莓派4B上的POE電路

POE即PowerOverEthernet，是指無需使用額外電源線而通過以太網(wǎng)網(wǎng)線供電的方案。此方案廣泛應用于安防攝像頭，網(wǎng)絡視頻存儲等場合。POE標準的發(fā)展過程經(jīng)歷了2003年IEEE802.3af標準的發(fā)布，2009年IEEE802.3at的發(fā)布，以及2018年IEEE802.3bt標準的發(fā)布。在POE的系統(tǒng)架構分為PSE（PowerSourcingEquipment）和PD（PowerDevice）兩部分。IEEE802.3af（我們常稱其為Type1）對應的功率等級為PSE=15.4w，PD=13w.IEEE802.3at（我們常稱其為Type2）對應的功率等級為PSE=30w，PD=25.5w，IEEE802.3bt（Type4）對應的功率等級為PSE=90w，PD=71w。

POE供電的具體過程如下：

Detection：PSE發(fā)送一個電壓給PD，通過PD端的24.9kohm的電阻來判斷有無有效PD存在。在這個過程中電壓為2.7v~10v。（TI芯片是4點檢測相對2點檢測可靠性更高一些）

Classification：detection之后，PSE會加14.5v~20.5v的電壓在PD端，通過檢測CLS電阻上的電流判斷PD的功率等級。

Powerup：檢測和分級都正常之后會進行上電。

下圖為TPS23753A上電的實際過程波形，芯片進行4點檢測，隨后進行了分級和上電。

Bt因為功率比at大分級會有所不同，會有兩個分級電阻，并進行5次分級檢測來實現(xiàn)90w的分級，如下圖。

PD方案主要由兩部分組成，PD握手芯片和反激/正激控制電路。目前TI的在市面上應用的PD方案有很多，有集成的方案：如TPS23755，TPS23753A，TPS23756等。其中TPS23755是TI最新面市的af標準芯片，集成了PD握手芯片，反激控制器和功率開關管。使用原邊反饋控制模式有效降低了副邊反饋回路的成本和PCB板的面積。同時使用CCM控制模式，相對于常規(guī)DCM控制，明顯提高了系統(tǒng)的EMI性能，可以幫助客戶省去輸入端的共模濾波電感有效降低系統(tǒng)成本和尺寸。雖然使用原邊反饋控制方式，依然可以達到較好的負載調(diào)整率。因此TPS23755很適合小功率小體積低成本的IPC應用。TPS23753A和TPS23756分別是針對af和at標準的副邊反饋方案。

分立的方案本文著重介紹at和bt。TPS2378+LM5155是符合at應用的主流方案，LM5155是TI2018年最新面市的反激控制器方案，有很多有特點的功能，比如輸出短路保護的hiccup功能，比如過流點補償功能以實現(xiàn)不同輸入電壓下輸出限流點不變，同時極低的電流采樣電壓很好解決了采樣電阻發(fā)熱的問題。TPS2373-4+UCC2897A是符合bt應用的主流方案。TPS2373-4是符合bt標準的PD芯片。UCC2897A設計的有緣鉗位正激電路可以實現(xiàn)90W的功率輸出（可以參考TI參考設計PMP6547）。另如果需要輸出短路hiccup功能，也可以考慮使用LM5025A替換UCC2897A。這種大功率的方案主要應用于大功率球機等產(chǎn)品中。