要約：このアプリケーションノートでは、12.95Wの出力を調整可能な、IEEE® 802.3af準拠の受電機器モジュールのリファレンスデザインを示します。12cm²のPCB上に実装されたモジュールはPWMコントローラMAX5941Bを用いています。またホットスワップ電力スイッチング、DC-DCコンバータ、および一対のORingダイオードブリッジを内蔵し、12Vの外部アダプタに対応しています。この記事では、モジュールの性能について詳述し、設計のための回路図、PCBレイアウト、および部品リストを記載します。 概要 このアプリケーションノートでは、Power over Ethernet (PoE)アプリケーションのための、IEEE 802.3af準拠の受信機器(PD)モジュールを紹介します。MAX5941B PoEインタフェース/PWMコントローラを用いたこのモジュールは、検出シグネチャ、構成可能な分類シグネチャ(オプション)、プログラム可能な低電圧ロックアウト(UVLO)を備えたPD、およびプログラム可能な突入電流制御付きアイソレーションスイッチを提供します。 MAX5941B PDモジュールは12cm²のPCB上に実装され、ホットスワップ電力スイッチング、DC-DCコンバータ、および一対のORingダイオードブリッジを内蔵し、12Vの外部アダプタに対応しています。つまり、IP電話、ワイヤレスアクセスノード、およびセキュリティカメラなどのPDに、固定周波数のDC-DC絶縁電源を実装するのに必要なすべての機能を提供します。 標準的なアプリケーション MAX5941B PDモジュールは、数多くのアプリケーションで使用することができます。図1では、スイッチから出力されたデータがミッドスパンの入力に接続される代表的なアプリケーションを示しています。その後、ミッドスパンはPoEをサポートする各出力上のデータに電力を供給します。 この例では、ポート1にEthernetカメラを接続し、ポート2にワイヤレスアクセスポイントを接続しています。ミッドスパンのスイッチをオンにすると(あるいは機器を接続すると)、ミッドスパンは各出力をチェックしてPoEシグネチャの有無を確認します。モジュールは、ポート1とポート2の周辺機器をPoE対応機器として識別し、ミッドスパンはこれらの周辺機器にデータと電力の両方を供給します。 ミッドスパンは、PoE対応の機器が追加されたか外されたかを確認するため、絶えず各出力を監視しています。この例では、他のポートにPoEシグネチャがないため、ミッドスパンは接続された周辺機器にデータのみ渡します。 図1. 標準的なアプリケーションでは、スイッチから出力されるデータはミッドスパンに接続されます。これによって、電力がデータに追加され、Ethernetを介して電力が供給されます。 特長 IEEE 802.3af準拠 36V～60Vの入力電圧範囲 12V/1A出力 最小負荷要件がない 小型SILパッケージサイズ 出力リップルおよびノイズが小さい 高効率の受電機器 外付けコンデンサが不要 出力電圧が調整可能 低コスト 1500V絶縁(入力から出力まで) 12Vの外部ACアダプタで使用するオンボードORingダイオード 端子説明 図2. ピン配置 表1. 端子説明 Pin Number Name Description 1 VA1 Rx Input (1) This input pin is used in conjunction with VA2 and connects to the center tap of the transformer connected to pins 1 and 2 of the RJ45 connector (Rx)—it is not polarity sensitive. 2 VA2 Tx Input (2) This input pin is used in conjunction with VA1 and connects to the center tap of the transformer connected to pins 3 and 6 of the RJ45 connector (Tx)—it is not polarity sensitive. 3 VB1 Direct Input (1) This input pin is used in conjunction with VB2 and connects to pins 4 and 5 of the RJ45 connector—it is not polarity sensitive. 4 VB2 Direct Input (2) This input pin is used in conjunction with VB1 and connects to pins 7 and 8 of the RJ45 connector—it is not polarity sensitive. 5 CP1 Class Programming (1) Connecting an external resistor to CP2 will change the current class of the module. With no resistor fitted the module will default to Class 0. 6 CP2 Class Programming (2) Connecting an external resistor to CP1 will change the current class of the module. With no resistor fitted the module will default to Class 0. 7 GND Ground The ground return for the output. 8 VOUT DC Output This pin provides the regulated output voltage from the DC-DC converter. 9 ADJ Output Adjust The output voltage can be adjusted from its nominal output by connecting an external resistor from this pin to either the VOUT pin or GND pin. 10 N.C. No Connection This pin is not connected internally. 電力分類 電力分類は、PDが給電機器(PSE)に電力要件を示すためのオプションの方法です。図3に示すように、MAX5941Bモジュールは、CP1とCP2のピンの間に抵抗を接続することによって、外部から電流クラスをプログラムすることができるようにしています。抵抗を装着しない場合、モジュールはデフォルトでクラス0に設定されます。表2はプログラム抵抗値の全リストです。 図3. 電力区分を設定するためにピンCP1とCP2の間に抵抗を接続 表2. パワークラスをプログラムするための抵抗値 Class Programming Resistance (Ω) Minimum Power (W) Maximum Power (W) 0 Do not fit 0.44 12.95 1 770 0.44 3.84 2 388 3.84 6.49 3 242 6.49 12.95 4 161 Reserved Reserved 出力調整 MAX5941B PDモジュールは、公称値から上下にずれる出力電圧を調整する、ADJピンを備えています。出力電圧を調整するには、ADJピンと、GNDピンまたはVOUTピンのいずれかの間に抵抗を接続します(図4)。式1および式2は、所望の出力電圧を上下に調整するのに必要な抵抗値を算出しています。 ここで、VTRIM_UPは、上側に調整される所望の出力電圧で、VTRIM_DOWNは、下側に調整される所望の出力電圧です。 図4. 出力電圧を調整するには、ADJとGND (上側に調整)、またはADJとVOUT (下側に調整)の間に抵抗を接続します。 図5A. 上側に調整された出力電圧曲線 図5. 下側に調整された出力電圧曲線 12Vの外部アダプタを備えた標準的な接続 従来、図6に示すように、PDはアダプタを同時に使用し、ダイオードは各出力端に直列に接続します。 図6. 従来のソリューションでは、ダイオードを各出力端に直列に配置した状態で、受電機器をアダプタに接続します。 MAX5941B PDモジュールでは、出力ダイオードD1は内蔵されています。PDを独立して使用する場合、効率を向上するために、ダイオードを0Ω抵抗に交換します。図7はボード上のORingダイオードD1の配置を示します。 図7. MAX5941B PDモジュール上の内部ダイオードD1の位置 図8に示すように、モジュールは外付けコンデンサを1つだけ必要とします。最小でも1µFのセラミックコンデンサを推奨します。 図8. GNDとVOUTの間に外付けコンデンサを接続した状態の標準的な接続図 電気的特性 表3. 絶対最大定格 Parameter Min Typ Max Units DC Supply Voltage -0.3   60 V DC Supply Voltage Surge for 1ms -0.6   80 V Storage Temperature -40   +100 °C ｢絶対最大定格｣に挙げた値を超えるストレスが加わると、モジュールに永久的な損傷を生ずるおそれがあります。これらの値はストレス定格専用であり、ここに示された条件またはそれを超えるその他のいかなる条件においてもモジュールが正しく機能することを示すものではありません。長期間、絶対最大定格条件下に晒されると、モジュールの信頼性に影響する可能性があります。 表4. 推奨動作条件 Parameter Min Typ Max Units Input Supply Voltage 36 48 60 V Undervoltage Lockout 30   36 V Operating Temperature -40 25 +85 °C 表5. DC電気的特性 Parameter Min Typ Max Units Nominal Output Voltage (Without the ORing Diode) 11.76 12 12.24 V Output Current 0   1 A Output Ripple and Noise     250 mV Efficiency Without the ORing Diode (48V Input, 1A Output)   85   % Efficiency with the ORing Diode (48V Input, 1A Output)   82   % Isolation Voltage     1500 V 波形 図9. 出力リップルとノイズ 図10 起動とシャットダウン 図11. 負荷過度応答 部品リスト 表6. 部品リスト Designation Qty Description C1, C2, C6, C17 4 10µF 25V ceramic capacitor 1206 TDK C3216X5R1E106K MURATA GRM31CR61E106KA12 C3 1 6800pF 100V ceramic capacitor 0603 TDK C1608X7R2A682K C4 1 100pF 50V ceramic capacitor 0603 C5, C7, C23 3 0.1µF 50V ceramic capacitor 0603 C9 1 10µF 100V aluminium electrolytic capacitor SANYO 100CE10FS C10 1 1000pF 1.5kV ceramic capacitor 1808 TDK C4520X7R3D102K C12, C25 2 0.1µF 100V ceramic capacitor 1206 TDK C3216X7R2A104K C13 1 220µF 25V aluminium electrolytic capacitor SANYO 25CE220FSA C14 1 1000pF 100V ceramic capacitor 0805 TDK C2012X7R2A102K C19 1 2.2µF 10V ceramic capacitor 0603 MURATA GRM188R61A225KE34 C22 1 680pF 50V ceramic capacitor 0603 C28 1 4700pF 50V ceramic capacitor 0603 D1, D2 2 Bridge rectifier DIODES HD01-T D4, D6 2 Diode 200mA 250V SOD323 DIODES BAV21WS D5, D13 2 60V Schottky rectifier SMA DIODES B360A D7 1 SMT LED Lamp 0603 FAIRCHILD QTLP600C-Y D8 1 Transient voltage suppressor DIODES SMAJ54A R1 1 20Ω ±1% resistor 0603 R5 1 270mΩ ±1% resistor 1206 R9 1 470Ω ±1% resistor 0603 R10 1 10Ω ±1% resistor 1206 R11, R17 2 10kΩ ±1% resistor 0603 R12 1 20kΩ ±1% resistor 0603 R14 1 25.5kΩ ±1% resistor 1206 R15 1 Not used R16 1 0Ω ±1% resistor 1206 R18 1 1kΩ ±1% resistor 0805 R22 1 9.53kΩ ±1% resistor 0603 R23 1 2.49kΩ ±1% resistor 0603 R24, R31 2 2.5kΩ ±1% resistor 0603 R25, R27 2 1kΩ ±1% resistor 0603 R26 1 4.75kΩ ±1% resistor 0603 R28 1 33kΩ ±1% resistor 0805 R30 1 4.7Ω ±1% resistor 0805 Q1 1 MOSFET 150V SO-8 IR IRF7465TR U2 1 IC Optocoupler NEC PS2801-1-F4-R-A U3 1 IC VREF 2.5V 0.4% SOT-23 AAC AZ431AN-A U5 1 PWM controller for PD MAXIM MAX5941BESE T1 1 Transformer NP:NS:NB = 35:16:20 LP = 122µH GA3271-AL Coilcraft トランスの設計 図12. トランスの電気回路図 表7. 電気的仕様 Parameter Conditions Value Electrical Strength 50Hz 1 minute, from pins 1–3, 10–12 to pins 5–8 1500VRMS Primary Inductance Pins 1, 12; all windings open. Measure at 275kHz 120µH ±10% Primary Leakage Inductance Pins 1, 12; rest of pins shorted. Measure at 275kHz 3µH (max) 表8. 部品 Item Description 1 Core: EFD15, PC40. Manufacturer: TDK 2 Bobbin: EFD15 coil former (SMD), 12 pins 3 Tape: 8.9mm wide insulation tape 4 Magnet wire: 0.25mm diameter with 150°C 5 Magnet wire: 0.27mm diameter with 150°C 6 Magnet wire: 0.10mm diameter with 150°C 7 Varnish Note All wires include insulation 図13. トランスの構造図 表9. トランスの構成 Step Description Primary NP1 Start at pin 1. Wind 35 turns of item 4 in approximately 1 layer. Finish on Pin 12 Insulation Use 1 layer of item 3 for insulation 12V Winding Start at pins 6 and 5. Wind 16 turns of 2 parallel strands of item 5. Finish at pins 7 and 8 Insulation Use 1 layer of item 3 for safety insulation Primary NP2 Start at pin 2. Wind 35 turns of item 4 in approximately 1 layer. Finish on pin 11 Insulation Use one layer of item 3 for safety insulation Bias Winding Start at pin 3. Wind 20 turns of item 6. Spread turns evenly across bobbin. Finish at pin 10 Outer Wrap Wrap windings with 2 layers of item 3 Final Assembly Assemble and secure core halves. Varnish impregnate with item 9 IEEEはInstitute of Electrical and Electronics Engineersの登録サービスマークです。 関連製品   APP 4162: Jul 11, 2008 MAX5941B IEEE 802.3af準拠、受電側機器(PD)用、Power over Ethernetインタフェース/PWMコントローラ フルデータシート (PDF, 388kB) 無料 サンプル 自動アップデート お客様が関心のある分野でアプリケーションノートが新規に掲載された際に自動通知Eメールの受信を希望する場合は、EE-Mail™にご登録ください。 We Want Your Feedback! フィードバックをお寄せください。 内容に満足されましたか、あるいは満足されていませんか？もっと良いページにできると思いますか？あるいは、単なるコメントでも結構です。フィードバックをお待ちしています。—マキシムはお客様からいただく訂正、提案を元に改善していきます。 このページを評価し、フィードバックを送信する。   ダウンロード、PDFフォーマット(214kB)  AN4162, AN 4162, APP4162, Appnote4162, Appnote 4162