Мультиклассовый Power-over-Ethernet источник питания 6.6W на микросхеме DPA423G (отладочный набор DAK-86).

Краткая спецификация:

Входное напряжение - 33-57 VDC

Выходное напряжение - 3.3 V

Выходной ток - 2 А.

Применение - устройства стандарта Power-over-Ethernet (PoE)

Номер документа - EPR-68

Преимущества дизайна:

1) Полностью соответствует стандарту IEEE802.3af для класса устройств PoE 1-3 (проверено UNH-IOC)

2) Применяется ШИМ контроллер на базе микросхемы DPA-Switch с MOSFET транзистором на напряжение 220V.

- присутствует функции защиты от пониженного/повышенного напряжения.

- тепловая защита (по гистерезису) с функцией авто-восстановления.

- функция авто-рестарта: защищает от КЗ в нагрузке и разрыва цепи обратной связи.

- стабильность напряжения на холостом ходу обеспечивается пропуском рабочих циклов.

- интегрированная в микросхему функция "мягкого" старта позволяет избежать броска напряжения на выходе.

- программируемый параметр Ilim позволяет ограничить мощность отдаваемую в нагрузку.

- использование MOSFET транзистора в качестве датчика тока, позволяет избежать внешних дополнительных элементов.

3) Маленькая площадь печатного узла 3.1'x1'x0.45' (включая RJ-45 коннектор).

1. Внешний вид печатного узла.

2. Спецификация источника питания.

Описание	Обозначение	мин.	норма	макс.	Ед. изм.
Вход	-	-	-	-	-
Напряжение	Vin	33	48	57	VDC
Порог включения	Vin_uv_on	-	-	42	VDC
Порог выключения	Vin_uv_off	33	-	-	VDC
Выход	-	-	-	-	-
Напряжение	Vout1	3.135	3.3	3.465	V
Пульсация	Vripple1	-	-	35	mVp-p
Ток (RMS)	Iout1	0	-	2	A
Ток (Peak)	Iout1pk	2.5	-	-	A
Выходная мощность	Pout1	-	6.6	-	W
Вых. мощность (авария)	Pout_fault	8.6	-	-	W
КПД (полная нагрузка)	n	-	73	-	%
ЭМИ / класс безопасности	соответствует CISPR22B/EN55022B/IEC950/UL1950 class 2
Рабочий диапазон температур	Tamb	0	-	40	C

3. Схема источника питания (кликните на рисунок для увеличения):

4. Работа преобразователя.

Данная схема была построена по обратноходовой топологии для снижения площади печатного узла, числа элементов и стоимости. Кроме этого обратноходовая топология обеспечивает хороший КПД во всем диапазоне входных напряжений.

Первичная часть:

Микросхема DPA423G использует метод ШИМ в управлении силовым ключем и при первом включении инициализирует функцию мягкого старта. Кроме этого во время работы микросхема постоянно контролирует температуру кристалла (при превышении включается защита от перегрева) и уровень входного напряжения (при превышении/понижении допустимого порога микросхема отключиться). Интегрированный МОП транзистор рассчитаный на напряжение 220V показывает великолепные характеристики на чатоте в 400 KHz. Сам контроллер и транзистор микросхемы потребляют очень малую мощность, позволяя микросхеме иметь хороший КПД во всем рабочем диапазоне мощностей и напряжений.

Входные диоды D3-D10 обеспечивают правильную полярность входного постоянного напряжения. Конденсаторы С1, С2 и L1 - представляют собой дешевый П-образный фильтр, он служит преградой от проникновения помех преобразователя в внешнюю сеть, которая кроме функции питания является каналом передачи информации.

Резисторы R4 и R6 устанавливают внутренний уровень ограничения тока, при этом при повышении входного напряжения этот уровень соответственно понижается. Это позволяет удерживать разброс заданного выходного тока в пределах 5% во всем диапазоне рабочих напряжений.

Силовой транзистор микросхемы защищен от выбросов напряжения диодом Зенера VR3. В нормальных условиях работы диод Зенера не проводит.

Вспомогательная обмотка трансформатора обеспечивает питание вывода CONTROL микросхемы. Диод D2 - выпрямляет напряжение на вспомогательной обмотке, а элементы R8 и С11 снимают высокочастотный шум и нестабильность напряжения.

Вторичная часть:

Напряжение с вторичной обмотки трансформатора выпрямляется Шоттки диодом с малыми потерями D11. LowESR выходные конденсаторы С7 и С8 фильтруют выходное напряжение. Выходной LC фильтр (L2, C9, C10) подавляет шумы и пульсации выходного напряжения.

6. Перечень элементов.

Номер	Кол-во	Позиция	Описание	Part Number	Производитель
1	2	C1, C2	470 nF, 100 V, Ceramic, X7R, 1210	ECJ-4YB2A474K	Panasonic
2	1	C3	47 pF, 100 V, Ceramic, NPO, 0603	06031A470JAT2A	AVX
3	1	C4	1000 pF, 1500V, 1808	1808SC102KAT1A	AVX
4	2	C5, C13	100 nF 25 V, Ceramic, X7R, 0603	ECJ-1VB1E104K	Panasonic
5	1	C6	22 µF, 10 V, Tant Electrolytic, SMD	TAJA226K010R	Kemet
6	3	C7, C8, C9	330 µF, 6.3 V, Tant Electrolytic, SMD	T495X337K006AS	Kemet
7	1	C10	1 µF, 16 V, Ceramic, X5R, 0603	GRM188R61C105KA93D	Murata
8	1	C11	1 µF, 25 V, Ceramic, X7R, 1206	ECJ-3YB1E105K	Panasonic
9	1	C12	220 nF, 25 V, Ceramic, X7R, 0603	06033D224KAT2A	AVX
10	1	D2	75 V, 0.2 A, Fast Switching, 50 ns, SOD-323	1N4148WS-7	Diode Inc.
11	8	D3, D4,D5, D6,D7, D8,D9, D10	100 V, 1 A, Rectifier, Glass Passivated, DO-213AA (MELF)	DL4002	Diode Inc.
12	1	D11	20 V, 4 A, Schottky, SMD, DO-214AB	SL42-9B	Vishay
13	1	J1	R/A, RJ45 Non-shielded, PCBM	RJHS-5080	Amphenol Canada
14	2	J2-1, J2-2	Zierick output pins	-	Zierick
15	1	L1	10 µH, 0.85 A	HM79-10100LFTR7	B.I.Technologies
16	1	L2	1 µH, 1.9 A	HM79-101R0LFTR7	B.I.Technologies
17	1	Q2	PNP, Small Signal BJT, 40 V, 0.2 A, SOT-323	MMST3906-7	Diodes Inc
18	3	Q4, Q5,Q7	NPN, Small Signal BJT, 80 V, 0.5 A, SOT-23	MMBTA06LT1	On Semiconductor
19	1	Q6	NPN, Small Signal BJT, 40 V, 0.2 A, SOT-323	MMST3904	Diodes Inc
20	1	Q8	100 V, 1.15 A, 250 m., N-Channel, SOT-23	SI2328DS	Vishay
21	1	R4	1.00 M., 1%, 1/16 W, Metal Film, 0603	ERJ-3EKF1004V	Panasonic
22	1	R5	649 k., 1%, 1/8 W, Metal Film, 0805	ERJ-6ENF6493V	Panasonic
23	1	R6	10.00 k., 1%, 1/16 W, Metal Film, 0603	ERJ-3EKF1002V	Panasonic
24	1	R7	10 ., 5%, 1/10 W, Metal Film, 0603	ERJ-3GEYJ100V	Panasonic
25	1	R8	100 ., 1%, 1/16 W, Metal Film, 0603	ERJ-3EKF1000V	Panasonic
26	1	R9	5.1 ., 5%, 1/10 W, Metal Film, 0603	ERJ-3GEYJ5R1V	Panasonic
27	1	R10	75 ., 5%, 1/10 W, Metal Film, 0603	ERJ-3GEYJ750V	Panasonic
28	1	R11	1 k., 5%, 1/10 W, Metal Film, 0603	ERJ-3GEYJ102V	Panasonic
29	1	R12	33.2 k., 1%, 1/8 W, Metal Film, 0805	ERJ-6ENF3322V	Panasonic
30	1	R13	20 k., 5%, 1/10 W, Metal Film, 0603	ERJ-3GEYJ203V	Panasonic
31	1	R14	174 k., 1%, 1/16 W, Metal Film, 0603	ERJ-3EKF1743V	Panasonic
32	1	R15, R16	10 k., 5%, 1/10 W, Metal Film, 0603	ERJ-3GEYJ103V	Panasonic
33	1	R20	69.8 ., 1%, 1/16 W, Metal Film, 0603	ERJ-3EKF69R8V	Panasonic
34	1	R21	2 k., 5%, 1/10 W, Metal Film, 0603	ERJ-3GEYJ202V	Panasonic
35	1	R22, R23	100 k., 5%, 1/10 W, Metal Film, 0603	ERJ-3GEYJ104V	Panasonic
36	1	R24	220 k., 5%, 1/10 W, Metal Film, 0603	ERJ-3GEYJ224V	Panasonic
37	2	R25	51 k., 5%, 1/10 W, Metal Film, 0603	ERJ-3GEYJ513V	Panasonic
38	1	R26	24.9 k., 1%, 1/8 W, Metal Film, 0805	ERJ-6ENF2492V	Panasonic
39	1	T1	Bobbin, ER14.5/6, Horizontal, 10 pins, SMD	HM00-A5861LF DA2062-ALD SIL6029 LSTA30825 SNX1393 YC-1404S	B.I Technologies Coilcraft Hical LiShin Santronics Ying Chin
40	1	U1	DPA-Switch, DPA423G, SMD-8	DPA423G	Power Integrations
41	1	U4	1.24 V Shunt Regulator IC, 1%, -40 to 85 °C, SOT23-5	LMV431AIM5	National Semiconductor
42	1	U5	Optocoupler, 80 V, CTR 200-400%, 4-Mini Flat	PC357N3T	Sharp
43	1	U6	1.24 V Shunt Regulator IC, 1%, -40 to 85 °C, SOT23-5	LMV431AIM5	National Semiconductor
44	1	VR3	150 V, 5 W, 5%, DO214AC (SMB)	SMBJ150A	Diodes, Inc
45	1	VR4	15.0 V, 5%, 150 mW, SOD-323	BZT52C15T-7	Diodes, Inc
46	1	VR5	27.0 V, 5%, 150 mW, SOD-323	MAZS2700ML	Panasonic-SSG
47	1	VR6	11 V, 5%, 500 mW, DO-213AA (MELF)	ZMM5241B-7	Diodes, Inc
48	1	-	PCB, EP-86, REV B	-	-

7. Печатная плата.

8. Спецификация на трансформатор.

Схема электрическая

Электрическая спецификация

Электрическая прочность	1 с., 60 Hz, с выв. 1-5 на выв. 5-10	1500 VDC
Индуктивость первичной обмотки	Выводы 1-3 все остальные обмотки разомкнуты	120 uH, +/- 10%
Резонансная частота	Выводы 1-3 все остальные обмотки разомкнуты	7.5 MHz (мин.)
Индукция рассеяния первичной обмотки	Выв. 1-3 при закороченых выв.6/7-9/10	3,0 uH (мaкс)

9. Графики работы.

Зависимость КПД от потребляемой мощности.

Нестабильность выходного напряжения по нагрузке.

 

Нестабильность выходного напряжения по сети.

Пример установки порога выходного тока в зависимости от резистора R6.

 

Автор: Департамент по применению Power Integrations.

Статью перевел Бандура Геннадий.

Бренд менеджер Power Integrations

Bandura (at) macrogroup.ru

Компания Макро Групп - Эксклюзивный дистрибьютор Power Integrations в России.