1.使用的PSE芯片：MP3924(MPS)

.本次學(xué)習(xí)使用的為MPS的MP3924。

1.1 芯片的主要介紹

MP3924是一款四端口電源設(shè)備(PSE)電源控制器，適用于IEEE 802.3af/以太網(wǎng)供電(PoE)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用。該設(shè)備具有IEEE 802.3af/at的所有功能，包括檢測(cè)、單事件和雙事件分類、限流和斷開(kāi)負(fù)載檢測(cè)。通過(guò)I2C可將所有功能配置為自動(dòng)運(yùn)行模式或軟件編程模式。MP3924具有一個(gè)9位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)來(lái)監(jiān)控電流和電壓，一個(gè)特殊的I2C接口用于隔離控制器通信，可調(diào)節(jié)電流限制，以及可配置的系統(tǒng)功能。這些特性為PoE應(yīng)用程序提供了靈活性.MP3924有QFN-32 (5mmx5mm)包裝。

1.2 芯片的主要產(chǎn)品特征

IEEE802.3af/at兼容

四端口4位可配置I2C地址

0.25Ω電流感應(yīng)電阻

自動(dòng)模式和I2C命令控制模式自動(dòng)輸入過(guò)電源關(guān)閉

內(nèi)部VCC電源

三線I2C接口用于隔離

應(yīng)用兩個(gè)INT引腳用于中斷優(yōu)先級(jí)選擇

斷開(kāi)直流負(fù)載檢測(cè)

瞬時(shí)電流/電壓讀取

熱保護(hù)

QFN-32 (5mmx5mm)封裝

1.3 芯片的主要應(yīng)用

PSE交換機(jī)/路由器

PSE中跨動(dòng)力噴射器

監(jiān)測(cè)DVR和NVR等

2.PSE的DEMO板：EV3924-U-00A

EV3924-U-00A評(píng)估板是為了展示MP3924的能力而設(shè)計(jì)的。

2.1 EV3924-U-00A的電氣規(guī)格

2.2 EV3924-U-00A的產(chǎn)品特點(diǎn)

44V~57V 的電壓輸入。其余產(chǎn)品特點(diǎn)與MP3924特點(diǎn)相同，不再贅述。

2.3EV3924-U-00A 評(píng)估版外形尺寸

3. 交換機(jī)POE的學(xué)習(xí)

3.1 什么是POE?

定義：通過(guò)同一CAT5雙絞線提供直流電源(44V ~ 57V)，用于傳輸以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。

電纜的端部：PSE(Power Sourcing Equipment):以太網(wǎng)交換機(jī)，路由器，集線器。

PD(Powered Device):移動(dòng)電話，無(wú)線接入點(diǎn)，安全攝像頭。

3.2 POE的價(jià)值

1.安裝使用方便

-電源和數(shù)據(jù)電纜結(jié)合

-CAT5電纜的長(zhǎng)度可達(dá)100m

-安裝方便（不需要專業(yè)人員）

2.可靠性和壽命

-基于IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)

-PoE端設(shè)備壽命長(zhǎng)，零件報(bào)廢現(xiàn)象少見(jiàn)

3.可調(diào)功率水平可滿足各種需求

-可拓展性高達(dá)71W的負(fù)載

4.電源冗余

-數(shù)據(jù)和電源

-電池組，AC/DC電源，等等。

5.插入任何RJ-45端口，無(wú)需擔(dān)心損壞設(shè)備

-對(duì)于符合IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，PSE將不會(huì)對(duì)不符合標(biāo)準(zhǔn)的PD設(shè)備或只提供數(shù)據(jù)的端口供電。

6.以太網(wǎng)聯(lián)盟認(rèn)證標(biāo)志

- EA Logo確保符合IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)
- 提供認(rèn)證產(chǎn)品之間互操作性的信心
- 符合標(biāo)準(zhǔn)，便于識(shí)別
- 箭頭指示功率方向(PSE/PD)
? PSE:箭頭指向標(biāo)志外=發(fā)送功率
? PD:箭頭指向logo =接收功率

-該數(shù)字表示支持的最大功率等級(jí)

3.3 POE 電源供給基礎(chǔ)

1. POE傳輸功率的發(fā)展

2. IEEE802.3at 2對(duì)布線（如下圖）

-一根以太網(wǎng)線有四對(duì)，每對(duì)由兩根絞合電線組成。

-我們使用2對(duì)在AT標(biāo)準(zhǔn)供電。有2種接線選擇:

選擇 A：1，2，3，6 1、2、3、6線上傳輸電源，極性為任意，1、2為正極，3、6為負(fù)極或是1、2為負(fù)極，3、6為正極，

選擇 B：4，5，7，8 并且規(guī)定4、5為正極，7、8為負(fù)極。

-電源注入在PSE變壓器的隔離側(cè)。

-PD在變壓器的隔離側(cè)接收電源。

3.IEEE802.3bt 4-pair布線

-所有4對(duì)以太網(wǎng)線用于提供所有功率級(jí)別的供電。

- 減少由于布線造成的功率損耗，提高系統(tǒng)的整體效率。100米CAT5電纜電阻一般為12.5歐姆(2對(duì))

4.IEEE802.3af(2003)和IEEE802.3at(2009)類型和類別

5.IEEE802.3bt(2019)類型和類別

-新的IEEE802.3bt標(biāo)準(zhǔn)增加了3類和4類和5-8類，以適應(yīng)高達(dá)90W的電源級(jí)別

3.4 POE 握手協(xié)議

-IEEE 802.3BT 電信標(biāo)準(zhǔn)

檢測(cè)和分類的價(jià)值
1. 檢測(cè):PSE只檢測(cè)有效的PD負(fù)載并對(duì)其供電。
2. 分類是功率協(xié)商，PD只抽取與PSE“承諾”相同的功率，這使PD不會(huì)拉下PSE電源

-POE基礎(chǔ)知識(shí) | 檢測(cè)

1.IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)定義了一種通過(guò)電纜給PD(帶電設(shè)備)安全供電的方法，如果PD斷開(kāi)，則斷開(kāi)電源。

2.PSE會(huì)在定期檢查是否有什么東西被插入時(shí)，讓電纜不通電。這叫做檢測(cè)。

3.檢測(cè)確保，pse僅為有效的pd供電，而不是僅為數(shù)據(jù)以太網(wǎng)端口供電。

4.檢測(cè)是如何工作的？

-PSE發(fā)送電流源給PD→四個(gè)端口檢測(cè)。

-PSE通過(guò)PD檢測(cè)電阻器檢測(cè)dV/dI。

-如果在PD上23.75kΩ< Rdet <26.25kΩ(通常為25kΩ)，則可以接受檢測(cè)。（在協(xié)議中一般為24.9KΩ）

-對(duì)于四對(duì)POE,連接檢測(cè)變成檢測(cè)PSE的一部分，用于區(qū)分單個(gè)負(fù)載還是多個(gè)負(fù)載。

-POE基礎(chǔ)知識(shí) | 分級(jí)

1.如果存在有效的PD負(fù)載鏈接，PSE可能會(huì)查詢PD需要多少功率。這被稱為分級(jí)。

2.分級(jí)是如何工作的/

-PSE發(fā)送電壓源給PD(14.5V~20.5V)。

-PD移除Rdet并打開(kāi)內(nèi)部LDO，該LDO應(yīng)用于整個(gè)Rclass 2.5V。

-PSE測(cè)量通過(guò)Rclass的電流。

- 從PSE中通過(guò)分級(jí)確定功率分配。

PD&PSE 握手 | AF&AT 標(biāo)準(zhǔn)

1. 檢測(cè)

a. [PSE]發(fā)送4端口檢測(cè)信號(hào) b. [PD]為25kΩ檢測(cè)電阻（一般為24.9KΩ）

2. 分級(jí)(1)

a. [PSE]發(fā)送第1個(gè)分級(jí)信號(hào) b. [PD]在Rclass上顯示0-3級(jí)電流。c. [PSE]測(cè)量PD上的 Iclass

d. [PSE]決定分級(jí)級(jí)別 e. [PSE]隨后打開(kāi)端口

3. 分級(jí)（2）

a. [PSE]如果第一次分級(jí)時(shí)檢測(cè)到為4級(jí)電流，就發(fā)送第二個(gè)分級(jí)信號(hào). b. [PD]在Rclass上顯示4級(jí)電流。

c. [PSE]測(cè)量Iclass d. [PSE]隨后打開(kāi)端口

PD&PSE 握手 | BT標(biāo)準(zhǔn)

-PSE發(fā)送較長(zhǎng)的第一個(gè)信號(hào)通知PD它是PSE的Type3或Type4。

-PD使用第二Rclass來(lái)識(shí)別更高的功率等級(jí)。

-PSE發(fā)送5個(gè)信號(hào)，最大功率為90W。

對(duì)應(yīng)ID表格

這個(gè)表演示了PSE如何通過(guò)分級(jí)電流識(shí)別PD。

例:Type3/ 5設(shè)計(jì)如何選擇Rclass ?

生成第一個(gè)Rclass在PD上生成4級(jí)class
生成第二個(gè)Rclass在PD上生成0級(jí)的class
在Finger4之后，PSE開(kāi)啟45W電源

對(duì)于上述檢測(cè)過(guò)程在做此詳細(xì)介紹

PoE基礎(chǔ)知識(shí)|檢測(cè)

連接檢查
—IEEE802.3bt支持單簽名和雙簽名兩種方式。
—對(duì)于4對(duì)PoE，連接檢查成為檢測(cè)操作的一部分。
—連接檢查后，PSE需要判斷該端口連接的是單簽名PD還是雙簽名PD。

3.4 POE 操作

啟動(dòng)|輸入

-經(jīng)過(guò)有效的分級(jí)后，PSE和PD將經(jīng)過(guò)涌流階段，才能正常運(yùn)行。
-涌流是對(duì)電源的控制應(yīng)用，可以從無(wú)電源狀態(tài)緩慢切換到有電源狀態(tài)，并且涌流保護(hù)允許PD的輸入電容充電到電源接口的全輸入電壓，同時(shí)確保通場(chǎng)效應(yīng)晶體管保持在其安全操作區(qū)域內(nèi)。
-如果涌流要求沒(méi)有按照IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)正確實(shí)現(xiàn)，可能會(huì)出現(xiàn)互操作性問(wèn)題。

?編輯啟動(dòng)的過(guò)程是怎樣的?

1. PSE打開(kāi)端口(發(fā)送44V-57V)并開(kāi)始監(jiān)測(cè)浪涌(檢測(cè)時(shí)間 50ms到75ms)。
2. 一旦Vvdd超過(guò)UVLO閾值，PD進(jìn)入涌流階段，由PD控制限制涌流。
3.PD必須表現(xiàn)為50ms的1型PD，然后必須小于400 mA直到80ms，以便讓PSE對(duì)PD上的bulk電容充電。
4. 在功率延遲階段之后，PD可以將功率提高到它指定的級(jí)別。

啟動(dòng)|輸入電流限制

-IEEE標(biāo)準(zhǔn)輸入電流限制

-如果輸入電流超過(guò)了PSE的限制會(huì)怎么做?

PSE將關(guān)閉端口電源，然后進(jìn)入冷卻期，該端口的任何檢測(cè)/類啟用命令將被延遲。在冷卻期后，如果它們被啟用，PSE將重新啟動(dòng)檢測(cè)/分類周期。

正常操作和保護(hù)| PSE

-上電后，PSE對(duì)端口提供2級(jí)電源保護(hù)。
1. Icut/Pcut:提供保護(hù)，防止在中等負(fù)荷瞬態(tài)過(guò)程中虛假電源關(guān)閉。
2. Ilim:在極端過(guò)載或短路的情況下會(huì)觸發(fā)保護(hù)。

-Icut 限流條件應(yīng)該發(fā)生在PSE通過(guò)I lim限流限制對(duì)端口電流進(jìn)行折疊控制之前。
-設(shè)置的I lim電流閾值必須大于I cut電流閾值。
-如果發(fā)生過(guò)流情況，PSE將關(guān)閉端口電源，然后進(jìn)入任何冷卻期，該端口的檢測(cè)/類啟用命令將被延遲。冷卻期后，PSE將重新啟動(dòng)如果啟用檢測(cè)/分類周期。

正常操作和保護(hù)| PD

-TI 1-4型PD控制器的典型RTN通過(guò)FET電流限制:
1. 類型1:550mA (TPS23755 / TPS23758)
2. 2型:970mA (TPS23754/6)， 1A (tps23755 /2)
3.類型3:1.85A (TPS2373-3 / TPS2372-3)
4. 類型4:2.2A (TPS2373-4 / TPS2372-4)
-一旦RTN-VSS電壓超過(guò)Foldback閾值，電流限位在故障時(shí)間后下降到?jīng)_擊電流限位的水平。
-PDs有一個(gè)比PSE更高的固定的Ilim，以便PSE能夠更早地捕捉電源故障并去除電源。

直流斷開(kāi)和維護(hù)電源信號(hào)(MPS)

-DC disconnect的價(jià)值:
負(fù)載斷開(kāi)時(shí)，需要斷電。這是為了安全起見(jiàn)，這樣48V就不會(huì)熱插到筆記本電腦或其他數(shù)據(jù)設(shè)備上。

-PSE如何知道是否有負(fù)載?
PSE監(jiān)控PD的有效MPS，如果丟失MPS，則關(guān)閉端口。丟失MPS，返回PSE到空閑狀態(tài)。

-MPS是什么?
- MPS是由PD提供的一種電子簽名，以確保在施加工作電壓后，它仍然存在。
-一個(gè)有效的MPS包括最小10ma的直流電流(或每325ms至少75ms的10 mA脈沖電流)和低于26.3 kΩ的交流阻抗，并以0.05 μF為標(biāo)準(zhǔn)。(PD)

IEEE 802.3bt新特性-新的MPS

新的維護(hù)功率簽名(MPS)
?采用“新的”更低的維護(hù)功率簽名計(jì)時(shí)，以實(shí)現(xiàn)更低的待機(jī)功率。
- PSE TMPS最大6毫秒(原來(lái)是60毫秒)。
- PSE TMPDO最小值320ms(原來(lái)為300ms)。
?在分類過(guò)程中定義了一個(gè)很長(zhǎng)的第一類事件，以便PSE告訴PD它可以使用新的MPS計(jì)時(shí)。

?審核編輯：符乾江