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作者：Binbin Wang/Wilson Guo/Given Ding

摘要

TPS23754是一款集成DC/DC控制器的高效PD芯片，可以支持IEEE 802.3at標準，最大輸入功率可達30W。其主要應用場景包括無線接入點，安防攝像頭，IP電話等。該芯片支持反激和有源鉗位正激兩種拓撲，用戶可以根據自身需求選擇相應的拓撲。本文針對TPS23754，簡介其應用方式以及針對應用中出現的輸出短路無法恢復問題進行了分析并提出了解決方案。

1.典型應用簡介

PoE (Power Over Ethernet) 指的是在現有的以太網Cat.5布線基礎架構不作任何改動的情況下，在為一些基于IP的終端（如IP電話機、無線局域網接入點AP、網絡攝像機等）傳輸數據信號的同時，還能為此類設備提供直流供電的技術[1]。一個完整的POE系統包括供電端設備(PSE, Power Sourcing Equipment)和受電端設備(PD, Powered Device)兩部分。

TPS23754是一款集成DC/DC控制器的高效PD芯片，可以支持IEEE 802.3at標準，最大輸入功率可達30W。其主要應用場景包括無線接入點，安防攝像頭，IP電話等。該芯片支持反激和有源鉗位正激兩種拓撲，用戶可以根據自身需求選擇相應的拓撲。反激的優勢在于成本較低，而有源鉗位正激的優勢在于效率較高。具體的設計流程在TPS23754的數據手冊中有詳細介紹，本文主要針對TPS23754在應用中出現的負載短路無法恢復的問題進行分析討論并給出了相應的解決方案。

2.TPS23754輸出短路無法恢復問題

2.1短路解除之后輸出電壓無法建立問題分析及其解決方案

如Figure 1所示為TPS23754的原理圖，PoE輸入，輸出12V，負載2A，采用反激拓撲。空載狀態下，短路系統輸出，進入打嗝模式，短路解除之后，系統不能自動恢復正常輸出電壓，如Figure 2所示，輸出電壓會超過設定的12V，然后系統掉電，當再次嘗試開機時，輸出電壓再次超過設定的12V，如此反復循環。在1A負載情況下，進行同樣的實驗，系統在短路解除之后可以進入正常工作狀態。Figure1. TPS23754應用原理圖

Figure2.輸出異常時VOUT(CH1),PWM(CH2),VC(CH3)波形

由Figure 3可知， 在正常工作之后的典型UVLO電壓為15 – 6.5 = 8.5V，應用中 下降到8.2V，然后重新開啟充電開啟過程。

Figure3.TPS23754 VC 工作電壓范圍

Figure4.短路后工作模式分析

如Figure4所示，短路解除之后，當 電壓從UVLO的下降沿電壓開始充電達到上升沿電壓15V的過程中，由于 電壓在 上升的過程中是正常維持的， 通過阻容網絡上拉到 ，同時此時實際輸出電壓低于設定的輸出電壓12V，所以 會不斷增大直至等于 。當TPS23754開始工作的一瞬間，PWM的占空比為最大的78%，輸出電壓快速上升。 調整變小，當 時，PWM的占空比為0%，此時TPS23754停止開關動作，輸出電壓降低，同時 電壓降低，當 電壓下降到UVLO下降沿之后，開始新一輪的開機嘗試。增大輸出負載到1A，該現象消失的原因是，由于輸出負載的存在，輸出電壓在TPS23754關斷期間能夠很快的降到0V，從而再次起機時，能夠經歷正常的 變化過程，不會出現控制環路飽和的現象。

為解決空載情況下，短路解除之后輸出電壓無法建立問題，將原理圖中的電容C75去除，使得 的容值為 ，輸出短路之后， 電壓的放電速度和充電速度變快， 電壓在 電壓從UVLO的下降沿電壓開始充電達到上升沿電壓15V時不會飽和，從而保證輸出電壓正常達到12V。

Figure5.正常恢復的上電波形SW（CH1），VC（CH3）

2.2短路無法進入hiccup模式問題分析及其解決方案

如Figure 6所示，當輸出短路之后，PWM的占空比仍然大于0，TPS23754一直處于工作狀態，沒有進入hiccup模式。這導致在負載短路時，系統無法限制原邊的峰值電流，變壓器進入飽和狀態，變壓器溫度升高，長期運行會燒毀變壓器，損耗系統，這是實際產品無法接受的。分析原因是此時 的電壓仍然大于UVLO下降沿，而由于輸出短路，輸出電壓低于設定值， 電壓會產生較大的占空比，從而在 電壓達到 進行過流保護之前，嘗試驅動MOS開通。MOS開通之后，注入能量，給 供電的輔助繞組同樣存注入能量， 點放電的速度小于充電的速度， 電壓一直無法下降到UVLO下降沿，芯片無法進入hiccup模式。所以需要做的是當輸出短路時，要保證 的電壓能夠正常放電到UVLO下降沿即可保證系統進入hiccup模式。

Figure6.輸出短路原副邊電流波形Ip(CH3),IL(CH4)

Figure7.輸出短路時工作波形VDS(CH1),Vsense(CH2),Vgs(CH3)

由Figure 7可知，當 電壓達到 后，驅動信號 延時約100ns變低，在這100ns內，MOS管仍然是打開的。這是由于TPS23754有一個BLNK管腳，通過BLANK外接一個電阻到RTN配置MOS管驅動為高到開始接側MOS管峰值電流之間的延時。這是為了防止在MOS管開通瞬間有大的電流尖峰，誤觸發過流保護。該延時與配置電阻的關系如下：

該設計中配置的電阻為80.6K，因此看到一個約100ns的延時，為了解決 電壓在短路時放電能量小于充電能量的問題，減小BLNK電阻到20K，減小MOS管在輸出短路時開通的時間。實際測試，在減小BLNK電阻之后，電路能夠在輸出短路時進入hiccup模式。

4.結論

本文針對TPS23754在輸出短路時出現的輕載狀態短路解除之后無法恢復輸出電壓問題以及輸出短路無法進入hiccup模式問題進行了分析討論，從原理上解釋了出現這兩個問題的原因，并給出了解決方案，保證了芯片的正常使用，提升了系統的可靠性，為TPS23754的使用者提供了設計參考。

審核編輯：何安