개요: 이 애플리케이션 노트에서는 동기 정류 방식의 트리플 출력, 고효율, POE(Power over Ethernet) 전원장치를 설명한다. 전원장치는 모든 출력에 ±5% 레귤레이션을 가지며 모든 IEEE802.3af 요구사항을 만족한다. DC-DC 컨버터 토폴로지는 연속 전류 플라이백이다. 1차 PWM에 대한 스위칭 주파수는 275Khz이다. 일반 설명 POE 전원장치에서 사용할 수 있는 최대 입력 전력은 PD 전력 등급(power classification)에 따라 달라진다. 최대 PD 전력은 클래스 0 PD 전력 등급의 경우 12.95와트이다. 클래스 1 PD 전력 등급의 최대 PD 전력은 3.85와트이다. 이 애플리케이션은 노트에서는 모든 출력에 ±5% 레귤레이션을 가진 트리플 아웃, 3.12와트, 고효율 POE 전원장치를 설명한다. 전원장치의 주요 특징 275kHz 스위칭 주파수 IEEE802.3af 규격 만족 전원 단일 16핀 SO 패키지에 제공되는 IEEE802.3af 규격 만족 POE 인터페이스 및 PWM 컨트롤러 이용 (MAXIM5941A) 전원장치를 위한 플라이백 토폴로지 모든 출력에 대한 동기 정류 1500VAC의 절연 전압으로 절연된 출력 모든 출력에 대한 ±5% 레귤레이션 +3.3/0.2A, +2.5V/0.6A, +1.2V/0.8A 출력 전원장치 동작 설명 그림 1은 MAX5941A IEEE802.3af 규격 만족 POE 인터페이스 및 전류모드 PWM 컨트롤러 (U2)를 사용하는 트리플 출력 POE 전원장치를 표시한 회로도이다. 전원장치는 3.3V 및 2.5V 출력에서 동기 정류기를 가진 플라이백 토폴로지 및 3.3V의 1.2V 출력을 제공하는 동기 정류 방식의 벅 컨버터(buck converter)를 포함하고 있다. 회로도에는 입력 섹션의 다이오드 브리지 부분은 포함되지 않았다. 회로의 IEEE 802.3af 규격 만족 POE 인터페이스 섹션 MAX5941A IC의 절반은 POE 인터페이스 섹션 전용이다. 다이오드 브리지에서 발생하는 DC 출력은 커패시터 C10 전반에 걸쳐 나타난다. 제너 다이오드 D4는 MAX5941A의 과전압을 방지한다. MAX5941A의 내부 핫 스왑 MOSFET는 39V에서 턴 온(turn on)하며, 커패시터 C6을 40V까지 천천히 충전한다. 돌입 전류는 MOSFET의 턴 온 제어에 의해 제한된다. 커패시터 C6이 입력 전압까지 거의 완전히 충전되면 PGOOD 신호는 하이가 된다. R10은 PD 검출 저항기이고, R25는 등급 저항기이다. PWM 섹션 MAX5941A의 나머지 절반은 PWM 섹션이다. 전력이 컨트롤러의 PWM부에 인가되면 PWM이 동작을 시작한다. 소프트 스타트 커패시터 C14는 전력 트랜스포머에서 최대(peak) 1차 전류를 천천히 증가시킨다. 그림 1. 전원장치 회로도 (PDF 다운로드 ) 전원장치 부품 목록 Designator QTY Description C1, C5, C7 3 Ceramic capacitor 100µF, 6.3V, X5R, 10% (1210) C10 1 Ceramic capacitor 0.1µF, 100V, X7R, 20% (1206) C11 1 Ceramic capacitor 0.47µF, 16V, X7R, 20% (0805) C12, C15, C17, C19, C20 5 Ceramic capacitor 0.1µF, 16V, X7R, 20% (0603) C13 1 Ceramic capacitor 4700pF, 100V, X7R, 20% (0603) C14 1 Ceramic capacitor 1000pF, 50V, X7R, 20% (0603) C16 1 Ceramic capacitor 0.033µF, 25V, X7R, 20% (0603) C18 1 Ceramic capacitor 47pF, 50V, COG, 20% (0603) C2   Electrolytic capacitor 4.7µF, 35V   1 Panasonic EEVFK1H4R7R C21 1 Ceramic capacitor 47µF, 6.3V, X5R, 10% (1210) C24, C25, C4 3 Ceramic capacitor 0.1µF, 16V, X7R, 20% (0603) C26 1 Ceramic capacitor 220pF, 50V, X7R, 20% (0603) C3 1 Ceramic capacitor 10µF, 6.3V, X5R, 10% (1206) C6 1 Electrolytic capacitor 22µF, 63V     Panasonic EEVFK1220XP C8 1 Ceramic capacitor 1µF, 100V, X7R, 20% (1210) C9 1 Ceramic capacitor 2.2nF, 250VAC, X7R, 20% (2220) D1, D2, D3, D6 4 Diode 1N4148W (SOD323) D4 1 Zener diode SMBJ54 (SMB) D5, D8 2 Schottky diode BAT54 (SOT23) L1 1 Inductor 4.7µH, Coilcraft DO1608C-472 L2, L3 2 Inductor 1µH, Coilcraft DO1608C-102 Q1 1 NPN small signal transistor MMBT3904 (SOT23) Q2 1 n Channel MOSFET 5A, 150V (DPAK)     Fairchild Semiconductor FQD5N15 Q3 1 PNP small signal transistor MMBT3907 (SOT23) Q6 1 n Channel, logic-level, power trench MOSFET (SOT23)     Fairchild Semiconductor NDS351AN R1 1 Resistor 4.75k, 1% (0603) R10 1 Resistor 25.5k, 1% (1206) R11   open R12 1 Resistor 221Ω, 1% (0603) R13   short       R14 1 Resistor 2.10k, 1% (0603) R15 1 Resistor 560Ω, 1% (0603) R16 1 Resistor 33Ω, 1% (0603) R17, R21 2 Resistor 1k, 1% (0603) R18 1 Resistor 22Ω, 1% (0603) R19 1 Resistor 1.5Ω, 1% (0805) R2 1 Resistor 47Ω, 1% (0603) R22 1 Resistor 7.87k, 1% (0603) R23 1 Resistor 1M, 1% (0603) R24 1 Resistor 2.32k, 1% (0603) R25 1 Resistor 255Ω, 1% (0805) R26 1 Resistor 10k, 1% (0603) R3 1 Resistor 100Ω, 1%, (0603) R4 1 Resistor 11.30k, 1% (0603) R6, R7 2 Resistor 10Ω, 1% (0603) R8 1 Resistor 49.9k, 1% (0603) R9 1 Resistor 22.60k, 1% (0603) T1 1 Custom transformer Coilcraft C1154-B T2 1 Gate-drive transformer Pulse Engineering PA0184 U1 1 Dual n Channel 2.5V (G-S) MOSFET (SO8)     Vishay Si9926BDY U2 1 IEEE802.3aF-compliant POE/PWM Controller (SO16)     Maxim MAX5941A U3 1 8-Pin SO error amplifier optocoupler (SO8)     Fairchild Semiconductor FOD2712 U4 1 3A 1MHZ Buck regulator with internal switches (QSOP16)     Maxim MAX8505 PWM은 275KHz에서 동작하는 전류모드 컨트롤로이며 최대 듀티 사이클은 85%이다. R19는 전류 감지 저항기이다. 전류 감지 전압이 PWM 컨트롤러의 전류 감지 핀에 공급되어, NDRV 핀에 게이트 구동이 제공된다. 초기 바이어스는 MAX5941A에 내장된 커패시터 C8로부터 전원이 입력되는 내부 고전압 레큘레이터에서 제공된다. 스위칭이 시작되고 캐패시터 C2의 전압이 10V를 초과하면, 바이어스 전력은 입력이 아닌 VDD에서 제공된다. 1차 게이트 구동 NDRV 출력은 트랜지스터 Q1 및 Q3, 저항기 R16 및 R2, 커패시터 C18, 다이오드 D1으로 구성된 토템폴(totem-pole) 버퍼에 공급된다. 버퍼는 MOSFET Q2에 대한 구동을 지연시켜, MAX5941A로부터 게이트 구동이 하이가 되는 즉시 2차 듀얼 동기 정류기 MOSFET U1를 턴 오프(turn off)할 수 있도록 한다. 이는 Q2가 턴 온 할 때, 트랜스포머(T1) 2차에서 일시적 단락 회로 문제가 발생하는 것을 방지한다. 트랜스포머 T1 트랜스포머 T1에는 5개의 와인딩(winding)이 있다. 1에서 시작하고 12에서 끝나는 1차 와인딩은 SMD 보빈(bobbin)으로 EFD 15 코어에 40회 감은 것이다. 17회 감은 1차 바이어스 와인딩은 1차 바이어스 전력을 제공한다. 3개의 2차 와인딩은 1차 와인딩과 분리되어 1500VAC 내전압을 갖는다. 핀 5~8의 와인딩으로 구성되는 2차 와인딩은 3.3V 출력 용이며, 핀 6~7의 와인딩은 2.5V 출력 용이다. 핀 4~9의 와인딩은 U1의 MOSFET 턴 온을 위한 구동 와인딩을 구성하며, 출력 와인딩 위상에 있다. 3.3V 및 2.5V 와인딩은 바이필러(bifilar) 방식으로 되어 있어 와인딩 간의 커플링을 최대화한다. 2차 정류 고효율을 유지하기 위해 듀얼 MOSFET U1이 3.3V 및 2.5V 출력의 동기 정류에 사용된다. 트랜스포머 (T1 핀 9, 4) 구동 와인딩이 U1의 MOSFET 게이트를 턴 온한다. T2에 의해 1차 MOSFET Q2가 턴 오프되고 동시에 Q6이 턴 오프되면 구동 와인딩 전압이 (+)가 된다. MAX5941의 NDRV 핀이 하이가 되는 즉시, 게이트 구동 트랜스포머 T2는 게이트 턴 오프 MOSFET Q6을 턴 온 하며, 이렇게 하여 U1의 듀얼 MOSFET가 턴 오프된다. 이와 같은 방식으로 동기 정류가 3.3V 및 2.5V 출력 모두에서 달성된다. 3.3V 및 2.5V 피드백 섹션 U3는 광커플러, 오차 피드백 증폭기 및 1.24V 기준 전압을 내장한 IC이다. 2.5V 및 3.3V 출력은 저항기 R22 및 R1을 통해 오차 증폭기에 공급된다. 내장된 1.24V 기준 전압이 U3에 있는 내부 오차 증폭기의 (+) 입력에 공급되기 때문에 피드백 컨트롤러는 R24 전체에 걸쳐 1.24V에서 전압을 유지한다. 저항기 R1 및 R22의 값은 R24로 들어가는 전류의 약 절반은 3.3V에서, 나머지 절반은 2.5V에서 나오는 방식으로 형성된다. 이와 같은 프로세스와 동기 정류 방식을 통해 3.3V 및 2.5V 출력 모두에서 ± 5% 이상의 레귤레이션이 달성된다. 피드백 섹션의 다른 소자에는 C11, C15, R13, R14, R21이 있다. 저항기 R21은 광커플러가 수행될 때 오차 증폭기 출력으로 들어가는 전류를 최소로 유지한다. 1.2V 출력 섹션 1.2V 출력은 3.3V로부터 동기 정류기가 내장된 벅 레귤레이터에 의해 얻는다. U4 (MAX8505)는 동기 정류에 필요한 컨트롤러와 MOSFET이 모두 통합된 벅 레귤레이터 PWM IC이다. DC 레귤레이트된 1.2V 출력은 커패시터 C20와 C21에 모두 제공된다. 의견을 보내주세요! 위 내용이 도움이 되셨나요? 여러분의 의견을 기다립니다 — Maxim은 보내주신 정정이나 제안사항을 반영하고 있습니다. 이 페이지를 평가하고 의견을 보내주십시오. 자동 업데이트 관심있는 분야의 애플리케이션 노트가 나올 때 자동으로 업데이트 받고 싶으세요? 그렇다면 EE-Mail™을 신청하십시오. 추가 정보   APP 3430: Apr 05, 2005 MAX5941A 전원 소자용 IEEE 802.3af 규격준수 Power-over-Ethernet 인터페이스/PWM 컨트롤러 전체 데이터 시트 (PDF, 380kB) 무료 샘플 MAX8505 Power-OK 기능이 내장된 3A, 1MHz, 1% 정밀, 스위치 내장 스텝 다운 레귤레이터 전체 데이터 시트 (PDF, 304kB) 무료 샘플   다운로드, PDF 형식 (36kB)  AN3430, AN 3430, APP3430, Appnote3430, Appnote 3430