개요: PoE(Power-over-Ethernet) 기술은 전원 소싱 장치(PSE, 스위치/라우터 또는 미드스팬 시스템)를 구현하여 IP 전화기나 무선 LAN 액세스 포인트와 같은 IEEE802.3af 준수 PD(powered device)에 최대 15W의 전력을 제공한다. 이 애플리케이션 노트에서는 IEEE802.3af 시그니처, 분류 및 전력 관리 요건을 만족하는 단일 포트 PSE 시스템 설계 방법을 설명한다. 이 예에서 단일 포트 PSE는 MAX5922A IC를 사용하여 설계되었다.
서론
PoE(Power-over-Ethernet) 기술은 전원 소싱 장치(PSE)로 알려진 스위치/라우터 및 미드스팬 시스템을 구현하여 데이터 케이블을 통해 최대 15W의 전력을 제공한다. 전력 수신 시스템은 PD(powered device)라고 부른다. PSE와 PD의 상호작용 방식을 규정하고 있는 IEEE802.3af 표준을 만족하려면 PSE는 PD에 전력을 공급하기 전에 먼저 PD를 정확히 탐지하고 분류해야 한다. PD에 전력이 공급되면 PSE는 PD의 분리를 감지하고 즉시 케이블을 파워 다운해야 한다. 또한 PSE는 과전류 및 단락 회로 상태로부터 케이블과 PD를 보호해야 한다.
PSE 시스템을 위한 단일 포트 회로
MAX5922는 필요한 모든 기능을 내장하여 PSE 시스템 설계를 단순화해준다. 아래의 그림 1의 회로는 완전한 PSE 설계를 보여준다.
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그림 1. MAX5922 전원 인젝터 회로도
MAX5922A 회로는 다음과 같은 특징을 갖는다.
- IEEE 802.3af 준수
- RJ-45 데이터 입력 잭 (J1)
- RJ-45 데이터 및 전력 출력 잭 (J1)
- 넓은 동작 입력 범위: +32V ~ +60V
- 턴 온 전압: 28V (±7%)
- 0.45
 의 전원 스위치 내장
- 구성 가능한 PD(power device) 탐지 및 분류 기능
- 프로그래밍 가능 전류 제한: 424mA (±6%)
- 상태 출력을 갖는 제로 전류 검출 기능 구성 가능
- 분류 상태 출력
- 미드스팬 PSE 애플리케이션을 위한 검출 충돌 방지 기능, 엔드포인트 PSE 애플리케이션을 위해 구성 가능
- 녹색 LED 표시기(LED1)로 전원 양호 상태 출력
- 상태 출력을 갖는 과전류 및 고온 보호 기능
- 타임아웃 및 듀티 사이클 제어 기능이 있는 전류 제한 폴드백
- 선택 가능한 래치 또는 자동 재시작 오류 관리 (JP1)
- 단일 푸시버튼 리셋 (SW1)
- ESD 및 케이블 방전 내성
MAX5922A 회로는 미드스팬 PSE로 구성되고, 단일 포트의 미드스팬 전원 인젝터로 사용된다. J1 RJ-45 커넥터 입력은 이더넷 라우터/스위치로부터 데이터를 수신하고, 데이터를 출력으로 직접 보낸다. 이 회로는 J1 RJ-45 커넥터 출력의 예비 페어(핀 4, 5, 7, 8)에 48V를 공급한다. 엔드포인트 PSE 애플리케이션의 경우, PoE 마그네틱스를 사용하여 DCA 핀을 DGND에 연결하고, 출력 전력을 신호 페어에 연결한다.
유효 PD가 정확히 탐지되고 분류되면, 이 회로는 자동으로 PD 탐지 및 분류를 수행하고 출력에 전원을 켜서 보낸다. CL0-2는 분류 결과를 보고한다. PD 분류 기능을 디스에이블하려면, CLASS 핀을 DGND에 연결한다.
J1에 대한 출력 전류는 424mA, ±6%로 제한된다. 전류 감지 저항 R2의 값이 감소되면, 그에 따라 전류 제한이 증가되며, 그 반대도 마찬가지다. 출력이 과부하 또는 단락되는 경우, 회로는 전류 소스의 역할을 하고 출력 전류를 424mA로 제한한다. 과부하/단락 회로 상태가 60ms보다 오래 지속될 경우 회로는 출력을 턴 오프한다. 이 회로는 JP1이 스트랩 하이(위치 2와 3)일 경우 자동으로 재시작하거나, JP1이 스트랩 로우(위치 1과 2)일 경우 래치 오프한다.
출력이 완전하게 켜지게 되면, POK를 알리고 녹색 LED(LED1)가 켜진다. 이 회로는 지속적으로 부하 분리(제로 전류 검출)에 대해 출력 부하 전류를 모니터한다. 부하 전류가 350ms(일반) 이상 7.5mA(일반) 미만으로 떨어지면, 회로는 출력을 턴 오프하고 ZC-bar 신호를 알린 다음, 검출과 분류를 재개한다. 부하 분리 검출 기능을 비활성화하려면 ZC_EN 핀을 DGND에 연결한다.
C4 및 D2는 ESD와 J1에 인가된 케이블 방전 에너지를 흡수하는 보호 소자이다. 이 소자는 출력 단락 회로 발생 후 MAX5922가 출력을 턴 오프할 경우 모든 유도 킥백 전류를 클램프하는 데에도 사용된다. 그림 2는 MAX5922의 PCB 레이아웃을 보여주고, 표 1은 자재명세서이다.
그림 2. 회로 PCB 레이아웃 정보
표 1. MAX5922 회로 자재명세서
| Qty. Used |
Description |
Designation |
Manufacturer and PN |
| 1 |
Capacitor, aluminum electrolytic, 47µF, 100V, SM, H16 case, 12mm x 13mm |
C1 |
Panasonic EEV-FK2A330P
Digikey PCE3497CT-ND
|
| 2 |
Capacitor, ceramic, X7R, 0.1µF, 10%, 100V, 1206 |
C2 C4 |
Vishay VJ1206Y104KXBAT |
| 1 |
Capacitor, ceramic, X7R, 1µF, 10%, 10V, 0805 |
C5 |
Vishay VJ0805Y105KXQTW1BC |
| 1 |
Capacitor, ceramic, X7R, 10µF, 10%, 10V, 1210 |
C6 |
AVX 1210ZC106KAT2A |
| 1 |
Capacitor, ceramic, X5R, 680nF, 10%, 10V, 0805 |
C3 |
Vishay VJ0805Y684KXQTW1BC |
| 1 |
Connector, RJ-45, 1 x 2, w/o magnetics, shielded, thru-hole |
J1 |
Tyco 406566-2 |
| 1 |
Diode, light emitting, green, 1206 |
LED1 |
Lumek SML-LX1206GW-TR
Digikey 67-1002-1-ND |
| 1 |
Diode, zener, 3.3V, SOD-223 |
D1 |
Diodes Inc. BZT52C3V3S |
| 1 |
Diode, TVS, 51V, 600W, unidirectional, SMB |
D2 |
Vishay SMBJ51A |
| 1 |
Header, 0.1" ctrs, 1 x 3-pin, vertical mount |
JP1 |
|
| 1 |
IC, controller, POE, single, TSSOP-28 |
U1 |
MAX5922AEUI |
| 1 |
NMOS, 100V, 170mA, SOT23 |
Q1 |
Fairchild BSS123 |
| 1 |
Resistor, 1/8W, 0.5, 1%, 1206 |
R2 |
IRC LR1206-01-R500-F
VishayCRCW1206-R499F |
| 3 |
Resistor, 1/16W, 0, 5%, 0805 |
R10 R11 R12 |
Vishay CRCW0805-000Z |
| 1 |
Resistor, chip, thick film, 1, 5%, 1/16W, 0805 |
R4 |
Vishay CRCW0805-1R0J |
| 4 |
Resistor, chip, thick film, 10.0k, 1%, 1/16W, 0805 |
R6 R7 R8 R13 |
Vishay CRCW0805-1002F |
| 1 |
Resistor, chip, thick film, 150, 5%, 1/16W, 0805 |
R3 |
Vishay CRCW0805-151J |
| 2 |
Resistor, chip, thick film, 9.09k, 1%, 1/2W, 2010 |
R1 R9 |
Panasonic ERJ-12SF9091U |
| 1 |
Resistor, chip, thick film, 18.2k, 1%, 1/16W, 0805 |
R5 |
Vishay CRCW2010-1822F |
| 1 |
Switch, pushbutton, NO, miniature, surface mount |
SW1 |
Omron B3S-1000
Digikey SW415-ND |
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