兼容 IEEE 802.3AF 标准的 PD 和 DC/DC 控制器 描述 SD4954B 是一款兼容 IEEE 802.3af 标准的 PD 以及 DC/DC 控制器 该芯片的 PD 控制器部分为以太网供电系统 (Power over Ethernet, PoE) 中的受电设备提供了检测 分级和浪涌限流等功能, 其内部集成了耐压 100V 导通阻抗 0.68Ω 的功率 MOSFET, 支持最大 400mA 的工作电流, 内置欠压保护和过热保护 DC/DC 控制器部分内置 200V 开关 MOSFET, 采用副边控制 (SSR) 方式, 适用于 Flyback 拓扑, 提供精确的恒压控制环路, 具有较高的系统效率和良好的 EMI 特性 主要特点 PD 控制器部分 基于 IEEE 802.3af 受电设备的完整电源接口 片上 100V 0.68Ω 的功率 MOSFET 欠压保护 过热保护 150mA 浪涌限流 400mA 工作电流 故障自动重试 DC/DC 控制器部分 应用 视频监控 IP 电话 无线 AP 产品规格分类 固定开关频率控制 内置误差放大器 前沿消隐 最大占空比限制 空载休眠模式 软启动 内置 200V 开关 MOSFET VCC 过压保护 VCC 欠压锁定 过温保护 过载保护 逐周期限流 异常过流保护 产品名称 封装类型 打印名称 环保等级 包装 SD4954B SOP-16-225-1.27 SD4954B 无卤 料管 SD4954BTR SOP-16-225-1.27 SD4954B 无卤 编带 http: //www.silan.com.cn 共 12 页第 1 页
内部框图 PD 部分 DC/DC 部分 http: //www.silan.com.cn 共 12 页第 2 页
管脚排列图 管脚说明 管脚号 管脚名称 I/O 功 能 描 述 1 DET I/O POE 检测引脚, 外接 24.9kΩ 电阻到 VDD, 可以建立一个有效标记 2 CLS O POE 分级引脚, 外接一个电阻到 VSS 可以设置 POE 功率等级, 分级过程中该引脚被驱动至 2.5V 3 VSS G POE 负电源输入 4 VCC P DC/DC 控制器的供电电源 5 6 7 8 SW O 200V 开关 MOSFET 漏极 9 FB I DC/DC 控制器反馈输入脚 10 COMP O DC/DC 控制器误差放大器输出 11 NC NC 无连接 12 CS I DC/DC 控制器峰值电流采样脚 13 GND G DC/DC 控制器的地 14 NC NC 禁止连接 15 NC NC 禁止连接 16 VDD P POE 正电源输入 极限参数 ( 除非特殊说明,Tamb=25 C, 参考电压为 GND) 参 数 端口 参 数 范 围 单位 输入电压 VDD,DRAIN,DET -0.3~100 V 输入电压 VDD,GND,DET, 以 VSS 为参考 -0.3~100 V 输入电压 CLS, 以 VSS 为参考 -0.3~3 V 输入电压 VCC -0.3~26 V 输入电压 CS,COMP,FB -0.3~8 V 输入电压 SW, 以 CS 为参考 -0.3~200 V 输入电流 VDD 0~500 µa 输入电流 DET 0~2 ma 输入电流 GND 内部限流 450 ma http: //www.silan.com.cn 共 12 页第 3 页
输入电流 VCC 20 ma 输出电流 CLS 0~60 ma ESD HBM 2 KV ESD CDM 750 V 工作结温 T J +150 C 工作温度范围 T amb -40~ +85 C 贮存温度范围 T STG -40~+125 C 电气参数 ( 除非特殊说明,T amb =25 C) 1. PD 控制器部分 ( 参考地为 VSS,VDD=48V,) 参 数 符号 测试条件 最小值 典型值 最大值 单位 特征电阻检测 偏移电流休眠电流 I offset I sleep DET 开路,VDD=GND=1.9V, 测量 I VDD+I GND 0.1 -- 5 µa DET 开路,VDD=GND=10.1V, 测量 I VDD+I GND 3 -- 11 µa DET 漏电流 I leak VDD=DET=57V, 测量 I DET -- -- 1.5 µa 检测电流功率分级分级电流分级开启下限分级开启上限传递 MOSFET I det I CLS V CL_OL V CL_OH VDD=GND, VDD=1.4V -- 54 70 测量 I VDD+I GND +I DET VDD=10.1V -- 413 440 µa 13.5V< VDD< 20.5V, 测量 I VDD+I DET+I GND R CLS=1270Ω 1.92 2.05 2.20 R CLS=243Ω 9.7 10.4 11.0 R CLS=137Ω 17.5 18.4 19.4 ma R CLS=90.9Ω 26.2 27.6 29 R CLS=63.4Ω 37.5 39.5 41.5 VDD 上升 10.5 11.5 13.5 VDD 下降 9.0 10.5 12 V VDD 上升 21 22.5 24 VDD 下降 20 20.8 22 V 导通阻抗 R on I DRAIN=300mA -- 0.68 1.3 Ω 浪涌限流 I inrush V GND=12V 120 150 180 ma 工作限流 I limit V GND=1V 400 450 520 ma UVLO( 内部 ) 内部 UVLO 阈值过温保护 V UVLO_IN UVLO=VSS,VDD 上升 37.0 39.3 41.5 V UVLO=VSS,VDD 下降 29.0 31.0 32.5 V 过温保护 T OTP -- 150 -- C 过温保护迟滞 T OTP_hys -- 20 -- C http: //www.silan.com.cn 共 12 页第 4 页
参 数 符号 测试条件 最小值 典型值 最大值 单位 芯片静态电流静态电流 I q VDD=25~57V, 测量 I VDD +I DET 90 -- 350 µa 2. DC/DC 控制器部分 ( 参考地为 GND,VCC=12V) 参 数 符号 测试条件 最小值 典型值 最大值 单位 电源部分 工作电压范围 V VCC 9.5 -- 20 V 启动电压 V VCC_ON 14.7 16.2 17.7 V 关断电压 V VCC_OFF 7.4 8.4 9.4 V 启动电流 I ST VCC=12V, 芯片未启动 -- 5 13 µa 工作电流 I VCC VCC=18V,V FB=V CS =0V 4.6 5.3 6 ma VCC 过压保护 V VCC_OVP 21.5 23 24.5 V VCC 保护电流 I VCC_OVP 2.2 2.5 2.8 ma 振荡器部分振荡器频率 F OSC V FB=V CS =0V,V COMP=3V 180 200 220 KHz 最大占空比 D MAX V FB=V CS =0V,V COMP=3V 70 80 90 % 反馈部分恒压阈值 V REF 1.225 1.25 1.275 V COMP 灌电流 I COMP_SINK 1.5 3 4.5 ma COMP 拉电流 I COMP_SOURCE V FB=V CS =V COMP=0V 0.7 1 1.3 ma COMP 高钳位 V COMP_H V FB=0V 3.5 4 4.5 V 过载保护电压 V COMP_OLP 3.1 3.5 3.9 V 过载保护延时 T OLP 20 30 40 ms CS 部分 CS 最大值 V CS_MAX 0.4 0.5 0.6 V CS 异常保护值 V CS_LIM 0.7 0.8 0.9 V 前沿消隐时间 T LEB 300 400 500 ns 软启动时间 T SS 7 8.5 10 ms 休眠模式控制休眠模式进入电压 V COMP_ON 0.6 0.75 0.9 V 休眠模式退出电压 V COMP_OFF 0.8 0.95 1.1 V VCC 打嗝启动电压 V CC_L 9.5 10.5 11.5 V VCC 打嗝关闭电压 V CC_H 10 11 12 V http: //www.silan.com.cn 共 12 页第 5 页
典型特性曲线 功能描述 1. PD 控制器部分 SD4954B 内置的 PD 控制器完全兼容 IEEE 802.3af 标准, 具备特征检测 功率分级 欠压保护和过热保护等功能, 并集成一个 100V 的功率 MOSFET, 可以对系统进行浪涌限流和工作电流限流 PD 控制器在以太网供电系统 ( 802.3af) 中的工作过程如下 : 开始时供电设备 (PSE) 向 PD 设备提供两次处于 2.8~10V 之间的不同的电压, 控制器识别到检测电压, 将外置的特征电阻 24.9kΩ 下拉至地, 供 PSE 设备检测 ;PSE 设备检测成功后, 将电压上拉至 15.5~20.5V, 芯片识别到该分级电压, 关闭检测模块, 将外置的分级电阻串入环路, 并用 2.5V 电压驱动, 从而产生了分级电流供 PSE 检测 ;PSE 分级成功后, 将电压上拉至 44~57V, 并提供相应的功率, 芯片检测到正常工作电压, 开始对 PD 设备进行浪涌限流操作,GND 端电压将以 150mA 的电流值进行放电, 当电压下降至小于 1.5V 时,PD 设备开始为负载正常供电 1.1. 特征电阻检测 系统上电,PSE 设备向 PD 设备提供两次处于 2.8~10.1V 的电压,PD 控制器开启检测模块, 特征电阻 24.9kΩ 被 下拉至地, 形成两次不同电流, 供 PSE 检测 PSE 设备使用两次电压差值除以电流差, 即可以计算出特征电阻值, 若 http: //www.silan.com.cn 共 12 页第 6 页
特征电阻处于 19.0~26.5kΩ 之间, 表明检测成功, 系统将进入分级状态 当 PD 设备的输入电压处于 1.4~10.1V 时, 检测模块始终打开, 当电压高于 11.5V 时, 检测模块将被关闭,DET 端口将呈现高阻 1.2. 功率分级分级过程中,PSE 设备向 PD 设备提供一个 15.5V~20.5V 的电压,PD 控制器检测到电压高于 11.5V 且低于 22.5V, 将关闭检测模块, 开启分级模块, 该模块将 CLS 端口驱动至 2.5V 电压,2.5/R cls 可以用于确定分级电流 PSE 设备将根据不同的分级电流为 PD 设备提供相应功率, 分级电流和功率等级的对应表如下 级别 分级电流 (ma) PD 功率 (W) 备注 0 0-4 0.44-12.95 默认 1 9-12 0.44-3.84 可选 2 17-20 3.84-6.49 可选 3 26-30 6.49-12.95 可选 4 36-44 未来扩展 1.3. 浪涌限流和上电操作当分级操作完成后,PSE 将电压上拉至 44~57V 之间,PD 控制器检测到输入电压大于 22.5V, 将关闭分级模块, 同时输入电压高于 39.3V,UVLO 输出使能信号 UVLO_A, 此时限流模块开始工作, 限流等级被设定在 150mA GND 端将开始放电, 当电压低于 1.5V 时, 芯片将限流点切换至 450mA, 此后开关电源开始上电 1.4. 过流保护正常工作时, 芯片的限流档为 450mA, 当 GND 端的输入电流高于 450mA 时, PD 控制器的 MOSFET 将会进行限流操作, 此时 GND 端电压将会上升, 当 GND 端电压高于 10V 时, 芯片会将限流档切换至 150mA, 并加速 GND 电压的上升, 从而关闭开关电源 若 GND 电压逐步下降, 并下降至低于 1.5V 时, 限流档会切回至 450mA, 芯片恢复正常工作 1.5. 欠压保护 UVLO PD 控制器提供内部标准的欠压保护 如果输入电压 VDD 从低变高, 当 VDD 超过 39.3V 时,MOSFET 开启, 芯 片开始正常工作 ; 如果 VDD 从高变低, 当 VDD 小于 31V 时, 芯片进入保护状态,MOSFET 关断 1.6. 过温保护当电路处于过温保护状态, 芯片会关闭分级模块和功率 MOSFET, 防止芯片损坏 过温保护的温度点为 150 C, 过温保护的恢复具有迟滞特性以避免过温保护与正常工作状态的反复来回变化 迟滞区间为 20 C, 即要等电路温度下降到 130 C, 电路才能恢复正常工作 2. DC/DC 控制器部分 SD4954B 内置的 DC/DC 控制器, 采用副边控制 (SSR) 方式, 内置 200V 开关 MOSFET, 适用于反激拓扑, 提 http: //www.silan.com.cn 共 12 页第 7 页
供精确的恒压控制环路, 具有较高的系统效率和良好的 EMI 特性 2.1. 电路启动和欠压锁定系统上电, 输入电压通过启动电阻对 VCC 管脚外置的电容充电 当 VCC 上升到 16.2V, 芯片开始工作 ; 在电路正常工作后, 由辅助线圈供电来维持 VCC 电压 ; 当 VCC 下降到 8.4V 后进入欠压锁定状态, 启动电阻再次对 VCC 电容充电, 直到 VCC 上升到 16.2V, 芯片重新启动 2.2. 软启动为了防止启动过程中变压器饱和, 减小 MOSFET 应力,SD4954B 内置软启动功能 当芯片开启后,CS 峰值电压从 100mV 经过 8.5mS 上升到最大值 500mV, 保证系统可靠性 2.3. 峰值电流模式采用峰值电流关断的工作模式, 即每周期实时采样 CS 电压, 并通过 PWM 比较器与 COMP 的分压信号进行比较, 一旦 CS 电压高于 COMP 的分压信号, 将关闭开关 MOSFET, 为了防止电流峰值过高, 设定 CS 电压最高为 0.5V 左右 2.4. 斜坡补偿当电路工作于重载甚至满载时, 系统可能会工作于连续模式, 若此时开关占空比超过 50%, 将出现次谐波振荡现象, 导致系统不稳定 为消除次谐波振荡,SD4954B 内置斜坡补偿电路, 当检测到占空比大于 40% 时, 在 CS 脚上叠加一正斜率电压, 再通过 PWM 比较器与 COMP 电压比较, 来维持系统稳定 2.5. 轻载休眠模式当 COMP<0.75V 时, 系统进入轻载休眠模式, 驱动停止输出, 使输出电压下降 ( 下降的快慢取决于负载的大小 ), 从而 COMP 电压升高, 此时, 有两种情况, 若 VCC 电压始终在 10V 以上, 当 COMP 电压高至 0.95V 时, 系统退出休眠模式, 驱动重新输出 ; 若输出电压下降还未引起 COMP 电压上升至 0.95V, 而 VCC 电压由于放电小于 10.5V, 强制驱动开始输出, 使输出电压升高, VCC 电压开始上升直至超过 11V, 驱动停止输出, 这种控制方式可以避免空载或满空载切换时 VCC 欠压重启 当负载较轻时, 以上动作重复变化, 输出间断脉冲, 减少了开关次数, 实现了较低的功耗 http: //www.silan.com.cn 共 12 页第 8 页
VCC 10.8V 10V 输出电流 有输出 没有输出 有输出 没有输出 t 2.6. 前沿消隐在本电流控制环路中, 当开关导通瞬间会有脉冲峰值电流, 如果此时采样电流值, 会产生错误触发动作, 前沿消隐用于消除这种动作 在开关导通之后的一段时间内, 采用前沿消隐消除这种误动作 在电路有输出驱动以后,PWM 比较器的输出要经过一个前沿消隐时间才能去控制关断输出 2.7. VCC 过压保护当 VCC 高于 23V 时触发 VCC 过压保护, 驱动关断并将这一状态锁存, 直到电路重启后解除, 此时驱动重新输出直到再次触发 VCC 过压保护, 重复以上过程 2.8. 过载保护当系统发生过载或输出短路时, 会导致 COMP 电压的升高, 当检测到 COMP 电压升高到 3.5V 并且持续 50mS 后, 驱动关断 该状态一直保持, 直到电路发生上电重启 2.9. CS 异常保护若连续四个开关周期检测到 CS 电压超过 0.8V(LEB 时间内不检测 ), 则发生 CS 异常保护, 驱动关断, 该状态一直保持, 直到电路发生上电重启, 此功能可以防止变压器电感饱和导致开关 MOSFET 电流过大 http: //www.silan.com.cn 共 12 页第 9 页
应用电路图 注 : 以上线路及参数仅供参考, 实际的应用电路请在充分的实测基础上设定参数 http: //www.silan.com.cn 共 12 页第 10 页
封装外形图 SOP-16-225-1.27 单位 :mm 6.0±0.4 3.9±0.3 4.6346 5.72 注意! 静电敏感器件操作 ESDS 产品应采取防护措施 MOS 电路操作注意事项 : 静电在很多地方都会产生, 采取下面的预防措施, 可以有效防止 MOS 电路由于受静电放电影响而引起的损坏 : 操作人员要通过防静电腕带接地 设备外壳必须接地 装配过程中使用的工具必须接地 必须采用导体包装或抗静电材料包装或运输 声明 : 士兰保留说明书的更改权, 恕不另行通知! 客户在下单前应获取最新版本资料, 并验证相关信息是否完整和最新 任何半导体产品特定条件下都有一定的失效或发生故障的可能, 买方有责任在使用 Silan 产品进行系统设计和整机制造时遵守安全标准并采取安全措施, 以避免潜在失败风险可能造成人身伤害或财产损失情况的发生! 产品提升永无止境, 我公司将竭诚为客户提供更优秀的产品! http: //www.silan.com.cn 共 12 页第 11 页
产品名称 : SD4954B 文档类型 : 说明书 版权 : 杭州士兰微电子股份有限公司公司主页 : http: //www.silan.com.cn 版本 : 0.1 作者 : 张亮 修改记录 : 1. 初稿 http: //www.silan.com.cn 共 12 页第 12 页