Si3402 ISO-EVB：PoE供電設(shè)備評估板的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

在PoE（Power over Ethernet）供電設(shè)備（PD）應(yīng)用的電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域，Si3402 ISO-EVB評估板是一款極具參考價(jià)值的工具。下面將詳細(xì)介紹這款評估板的相關(guān)信息，希望能為電子工程師們在設(shè)計(jì)過程中提供一些有用的參考。

文件下載：SI3402ISO-EVB.pdf

評估板概述

Si3402 ISO-EVB（Rev 1.0）是用于PoE供電設(shè)備電源的參考設(shè)計(jì)。關(guān)于Si3402芯片的詳細(xì)信息可查閱其數(shù)據(jù)手冊和應(yīng)用筆記，本文主要聚焦于Si3402 ISO-EVB評估板。而關(guān)于非隔離應(yīng)用的評估板，可參考Si3402 - EVB用戶指南。

成功設(shè)計(jì)規(guī)劃

參考設(shè)計(jì)的使用

Silicon Labs強(qiáng)烈建議以評估板提供的原理圖和布局?jǐn)?shù)據(jù)庫作為設(shè)計(jì)的起點(diǎn)。一般不建議使用本文未描述和推薦的外部組件，關(guān)鍵組件規(guī)格可參考第10頁的表2。同時(shí)，要嚴(yán)格遵循推薦的布局指南，以確保設(shè)計(jì)的穩(wěn)健性和符合規(guī)格要求。為保證設(shè)計(jì)成功，可將原理圖和布局?jǐn)?shù)據(jù)庫發(fā)送至PoEInfo@silabs.com進(jìn)行審核和反饋。

評估板接口

供電方式

以太網(wǎng)數(shù)據(jù)和電源通過RJ - 45連接器（J1）接入評估板。該評估板可通過以下方式供電：

• 將直流電源連接到1、2和3、6引腳（任意極性）。
• 將直流電源連接到4、5和7、8引腳（任意極性）。
• 使用符合802.3af標(biāo)準(zhǔn)的PSE，如Phihong PSA16U - 480（PoE）。

輸出特性

評估板本身沒有以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸功能，直流輸出位于連接器J11（+）和J12（ - ）。評估板通常出廠配置為輸出+5V，但也可根據(jù)第10頁表2的說明配置為+3.3V或其他輸出電壓。Si3402評估板的原理圖和布局如圖1至圖6所示。Si3402 ISO - EVB通常配置為5V輸出、3類簽名，且未采用推薦用于更高功率水平的二極管橋旁路。若需要5V輸出、4類簽名和二極管橋旁路以實(shí)現(xiàn)更高功率水平，可選擇訂購Si3402 ISO - C4 - EVB。

反饋回路補(bǔ)償

反饋回路補(bǔ)償針對3.3V、5V、9V和12V輸出以及輸出濾波部分的標(biāo)準(zhǔn)和低ESR電容器進(jìn)行了優(yōu)化（第10頁表2）。建議使用低ESR電容器，以降低輸出紋波、改善負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)并實(shí)現(xiàn)低溫（低于0°C）運(yùn)行。

物料清單

標(biāo)準(zhǔn)配置清單

文檔提供了5V、3類設(shè)計(jì)或4類設(shè)計(jì)的物料清單（表1），表2和表3列出了其他輸出電壓和分類級別的物料清單變化。更多信息可參考“AN296：在隔離和非隔離設(shè)計(jì)中使用Si3400、Si3401和Si3402 PoE PD控制器”及其附帶的Excel電子表格工具。

不同輸出電壓和濾波類型的組件選擇

表2展示了不同輸出電壓（3.3V、5.0V、9.0V、12.0V）和濾波類型（標(biāo)準(zhǔn)ESR輸出濾波器、低ESR輸出濾波器）下的組件選擇，包括變壓器、輸出整流器、反饋電阻、電容等。對于輸出功率>10W且需要短路保護(hù)的情況，建議使用EP13磁芯。

不同分類級別的組件選擇

表3列出了不同分類級別（0、1、2、3、4）下電阻R3的取值。

設(shè)計(jì)與布局檢查清單

設(shè)計(jì)規(guī)劃

• 確定設(shè)計(jì)需要的是隔離還是非隔離拓?fù)?，可參考AN296的第4節(jié)。
• 從www.silabs.com/PoE下載適合特定隔離要求的原理圖和布局?jǐn)?shù)據(jù)庫。
• 以EVB原理圖和布局文件為起點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
• 確定負(fù)載的功率需求，包括典型的瞬態(tài)浪涌條件。為實(shí)現(xiàn)Si3402的最高整體效率，選擇PD中使用的最高電壓，必要時(shí)再進(jìn)行后級穩(wěn)壓。
• 若PD設(shè)計(jì)功耗>10W，需使用外部二極管橋或分立二極管繞過Si3402的片上二極管橋，以分散熱量。
• 根據(jù)所需的PD功率水平，參考AN296的表2選擇合適的分類電阻值。
• 反饋回路穩(wěn)定性已針對表1中的特定組件選擇在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)進(jìn)行了檢查。建議使用低ESR濾波電容器，避免在濾波和反饋路徑中進(jìn)行組件替換，同時(shí)注意額外電容負(fù)載對環(huán)路穩(wěn)定性的影響。

計(jì)算特定設(shè)計(jì)的外部組件

對于非5V、3類輸出配置的設(shè)計(jì)，可訪問https://www.silabs.com/products/power/poe/Pages/default.aspx的Excel電子表格工具，根據(jù)設(shè)計(jì)的隔離要求選擇相應(yīng)的工作表（非隔離、隔離連續(xù)或隔離不連續(xù)）。若為5V輸出3類設(shè)計(jì)，則無需更改外部組件。為避免非5V輸出配置的潛在性能問題，強(qiáng)烈建議使用Excel工作表中顯示和計(jì)算的精確組件和組件值。

一般設(shè)計(jì)檢查項(xiàng)目

• 對于需要系統(tǒng)級ESD（IEC6100 - 4 - 2）耐受>15kV的設(shè)計(jì)，強(qiáng)烈建議使用ESD電容（圖1中的C10 - C17）。
• 不要禁用軟啟動(dòng)功能，確保軟啟動(dòng)電容在原理圖中并正確連接。
• 若設(shè)計(jì)使用AUX電源，在AUX電源串聯(lián)一個(gè)3Ω的浪涌限制電阻用于熱插拔。當(dāng)AUX電源為48V時(shí)，參考AN296。
• 建議包含至少250mW的最小負(fù)載，以避免無負(fù)載時(shí)開關(guān)脈沖和從PSE汲取電流小于10mA時(shí)的誤斷開。若負(fù)載不足250mW，添加一個(gè)電阻負(fù)載以消耗至少250mW的功率。
• 若使用PLOSS功能，確保其在PD子系統(tǒng)中正確連接；若不需要，將該引腳浮空。

布局指南

• 確保Si3402的VNEG引腳通過足夠的熱平面連接到QFN封裝的背面。
• 盡量縮短連接SWO并返回Vss1和Vss2的走線長度，使所有功率（大電流）走線盡可能短、直且粗。在標(biāo)準(zhǔn)PCB板上，每安培電流的走線寬度至少為15密耳（0.381mm）。
• 通常一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)過孔可承載200mA電流，若走線需要在不同平面之間傳導(dǎo)大量電流，使用多個(gè)過孔。
• 盡量減小從開關(guān)FET輸出到電感或變壓器，再從輸入濾波電容（C1 - C4）返回Vss1和Vss2的環(huán)路面積，以及從電感或變壓器輸出到肖特基二極管，再通過第一級輸出濾波電容返回電感或變壓器的環(huán)路面積。若可能，使這兩個(gè)環(huán)路的電流方向相同。
• 將感測點(diǎn)直接連接到輸出端子，以避免PSB走線中的IR壓降導(dǎo)致的負(fù)載調(diào)節(jié)問題。對于非隔離情況，感測點(diǎn)為Vposs和感測電阻R6；對于隔離情況，感測點(diǎn)為R5和TLV431的引腳3。
• 使反饋和環(huán)路穩(wěn)定性組件遠(yuǎn)離變壓器/電感和嘈雜的功率走線。
• 若輸出有接地平面或正輸出平面，不要通過該平面連接高電流承載組件和濾波電容，將它們連接在一起后再在單點(diǎn)連接到平面。
• 布局時(shí)注意IC關(guān)于CT1、CT2、SP1和SP2是對稱的，這些引腳可以互換。

為確保首次設(shè)計(jì)成功，可將原理圖和布局文件發(fā)送至PoEInfo@silabs.com進(jìn)行審核，其他技術(shù)問題也可發(fā)送至該郵箱。

Si3402 ISO - EVB評估板為PoE供電設(shè)備的設(shè)計(jì)提供了豐富的參考和指導(dǎo)。電子工程師們在使用過程中，只要嚴(yán)格遵循上述設(shè)計(jì)和布局指南，就有望設(shè)計(jì)出性能穩(wěn)定、符合要求的PoE供電設(shè)備。大家在實(shí)際設(shè)計(jì)中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。