低成本用電設備完整方案含12V buck轉換器、PD供電電路

低成本用電設備完整方案含12V buck轉換器、PD供電電路

如圖1所示電路為完備的PD供電電路,具有一個DC-DC轉換器,輸出12V電壓時可提供高達0.85A的電流。MAX5953A內置高邊、低邊功率開關FET,低邊FET不能配置為同步整流二極管。因此,buck轉換器僅使用高邊FET。因為IC內部的限流電路工作時利用低邊FET電流產生的壓降,該電路不具備自動電流限制功能。啟動時,保險絲F1提供短路保護。

MAX5953具有如下特性：

1.TVS二極管D1用于抑制瞬間尖峰電壓和反向電壓。

2.該電路根據輸入電壓不同工作在三種模式：PD偵測模式、PD分級模式和PD供電模式。使用或沒有使用二極管電橋情況下的電壓門限都符合IEEE 802.3af標準。

·在PD偵測模式下,供電設備(PSE)在VIN施加兩個1.4V至10.1V、最小步長為1V的電壓,并記錄這兩點對應的電流測量值。PSE隨后計算V/I,確認25.5k的特征電阻R1是否存在。此模式下,MAX5953A的絕大部分內部電路是關斷的,且偏置電流低于10μA。

·在分級模式下,PSE根據PD的功耗要求對PD進行分級。電阻R2 (255)通知PSE,PD將在最大功率為6.49W至12.95W的3級模式下工作。當電源進入供電模式時,分級電流關斷。

·當VIN上升到38V UVLO門限電壓以上時,MAX5953A進入供電模式并逐漸打開內部MOSFET,抑制浪涌電流。

3.完成開啟過程,且VOUT - VEE = 1.23V時,PGOOD進入漏極開路模式。軟啟動電容C15由內部33μA的上拉電流充電,給DC-DC轉換器提供軟啟動。通過設定分壓電阻R6/R7和1.33V的DCUVLO的電壓門限,DC-DC轉換器在達到VOUT = -30V (相對于V+)以前沒有開始工作。

4.因為3級功率限制最大功率為12.95W,當輸出電壓為12V、電源轉換效率為80%時,負載電流限制在0.85A。

熱插拔電路說明

UVLO的默認啟動電壓為38.6V,默認關斷電壓約為30V。利用V+和VEE間的分壓電阻(中心抽頭接在UVLO)可以將UVLO的啟動、關斷電壓設置在12V至67V之間的任意值。

達到UVLO門限電壓時,以10μA電流給FET柵極充電,內置FET將緩慢導通。緩慢的導通過程使100μF電容C6的充電電流最小。該電路中,OUT的熱拔插輸出電壓以大約910mV/ms的速率下降,電壓作用到輸入端大約8ms后開始下降,見圖2。

PWM電路說明

DC-DC轉換器是典型的buck轉換器,使用內部高邊FET和外部肖特基同步整流二極管。輸入電壓范圍為30V (由DCUVLO的分壓電阻設置)至60V,該范圍對應的降壓比為最小2.5:1至最大5:1,對應的占空比為20%至40%。開關頻率由R4、C4設定為532kHz,以提供最小420ns的導通脈沖寬度,保持低開關損耗。

軟啟動過程包括一下操作時序：限制OPTO反饋電壓使其不要比CSS端電壓高出1.45V,由內部33μA電流源給CSS端電容充電。PGOOD將CSS初始電壓箝位至GND,而當OUT與VEE之間的差值小于1.2V時,熱拔插功能完成,PGOOD釋放。該過程允許啟動時反饋信號緩慢上升,緩慢增大占空比可以避免輸出過沖。啟動時OPTO引腳的上升斜率體現了軟啟動特性(圖3),當VOPTO電壓約為2V時,斜坡電壓處于正常工作狀態。圖4所示為重載時的情況,圖5所示為輕載時的工作情況。

控制器工作在電壓模式,前饋電壓斜率由R3和C3設定。OPTO信號與RAMP電壓進行比較。