在一个理想的电路中，每个路径中的电流都是相等的，因为每个路径的组成部分都是相同的。然而，由于二极管正向电压的下降，线缆电阻以及场效应管的通过电阻的存在，致使电路中相同路径产生不平衡。PSPICE只允许模拟理想情况，即使用相同的元器件，同时每一个电流环路是均衡的。仿真分如下步骤进行，扫描直流(DC)源电流，直流电压转换(I_DCDC)，记录两条电流环路中的每一条的电流值和直流源的转换功率。直流源的转换功率指的是DC/DC转换器的输入电流。(如果DC/DC电源供应器的效率是已知的，它可以乘以输入功率来计算向负载供电的实际功率。)在每一条环路内部，必须要确保通过TPS2376-H器件场效应管的电流小于625mA的最大电流限制，同时，每一条环路中的总电流不能超过800mA。 ![]()
图5
另一个必须要考虑的变量是CAT5E线缆的长度。IEEE标准允许PD和PSE之间的最长线缆长度为100m。图5给出了当线缆电阻(R12、R45、R36、R78)改动，线缆长度为100m和1m时边角区域的仿真结果。所有的仿真是在51V的最小PSE电压下进行的，因为在该条件下输入电流有最大值。 模拟结果证实，在匹配的条件下，电流环路将向1、3路径和2、4路径均等的供电。随着输入功率增加到超过25W，升流电路将打开，每个电流环中的一部分电流将分流至TPS2376-H。当DC/DC电源供应器的输入功率为48W并且连接PD和PSE之间的线缆长度为100m时，每一个TPS2376-H器件所能分流的最大电流值是465mA。每一个双层电流环路中的最大电流为599mA(465mA+134mA)。该仿真结果是可以接受的，因为TPS2376-H的最大电流小于625mA的电流限，并且每一个双层电流环路的最大电流小于800mA。 ![]()
图6
为了确保性能的可靠性，了解环路阻抗不匹配产生的原因非常重要，这样我们就可以将最坏的失衡情况输入到仿真模型进行模拟。图6的仿真电路将下列变量的最大值纳入考虑范围：二极管正向电压，1％的电阻容限，通过场效应管的最大导通电阻容限。除此以外，3%的最大线缆长度电阻容限也符合IEEE标准。 ![]()
图7
我们调整了以上变量的值，使阻抗的失配存在于同一个电流回路中，从而引起最大程度的不均衡。再运行一次前面提到的4对线缆架构仿真模型来验证每对线缆中电流的失衡。如图7所示，使用一根100m长的线缆时，通过每一个TPS2376-H器件的最大电流为488mA；线缆长度为1m时该电流为498mA。线缆长度100m时，最大可用电流(在这个例子中的路径1和路径2)为640mA；线缆长度为1m时为660mA。由于最大失衡电流在TPS2376-H中没有超过625mA，在每一条电流回路中也没有超过800mA，因此该设计仍然符合最初的设计规范。 板级结果 ![]()
图8
我们搭建和测试了一块评估电路板来确认仿真的正确性。图8给出了在恒温25°C的理想实验室环境下每一路回路电流的测量值。该板级结果证明了通过TPS2376-H后产生一个电流失衡，线缆长度100m仅为10mA(2.1%)，1m时为1mA(0.2%)。效仿最坏情况下的条件，将二极管和电阻与R78电流回路的返回路径相串联，重新测试评估电路板。二极管的正向压降(0.7V)和0.5Ω的附加电阻被计算进去，用以补偿最坏情况下二极管前向压降的变化量和系统的电阻容限。通过合理的板级测试来指导测量实际电流回路失衡是可行的。 ![]()
图9
如图9所示，使用一根100m长的线缆时，通过每一个TPS2376-H器件的最大电流为488mA；线缆长度为1m时该电流为484mA。线缆长度100m时，最大可用电流(在这个例子中的路径1和路径2)为648mA；线缆长度为1m时为640mA。由于最大失衡电流在TPS2376-H中没有超过625mA在每一条电流回路中也没有超过800mA，因此该设计仍然符合最初的设计规范。 |
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