PLC与POE结合项目经验案例总结

1、功能介绍

PI699E7.3P61C-3产品实现了PLC与POE相结合，通过PLC传输数据的同时为PD设备供电；PLC部分采用BCM60321S+BCM5241，POE控制部分采用MAX5971进行PSE供电控制，PLC数据传输，物理层数据可以达到200Mbps，POE对外部供电48V，功率在15W以内设备均可以使用。

2、电路图

2.1 PLC+POE模块原理图：

 

 

2.2 BCM60321S内部功能模块图：

 

3、电源系统设计

电源设计方面，AC-DC开关电源的设计采用ON-bright的OB2273M这一款IC，转48V效率可以达到85%；DC-DC电源设计采用MP4560和SY8088，MP4560是48V转3.3V的IC，此芯片效率在70%~80%，SY8088将3.3V转换为0.9V为主IC供电，效率在85%以上。

电源系统架构图：

4、POE设计实现

此次设计主要是为PD设备进行供电，POE通过以太网传输线传输直流电兼容两种定义：一种是：中间跨接法( Mid -Span )，一种是：末端跨接法(End-Span)，此设计采用中间跨接法；

中间跨接法( Mid -Span )：使用以太网电缆中没有被使用的空闲线对来传输直流电，应用于普通交换机与网络终端设备之间，可以通过网线给网络终端设备供电，Mid span PSE（中跨供电设备）是一个专门的电源管理设备，通常和交换机放在一起。它对应每个端口有两个RJ45插孔，一个用短线连接至交换机，另一个连接远端设备；

4.1 中间跨接接线图：

 

4.2 MAX5971A内部功能模块图：

 

5、调试过程中遇到的问题以及解决方法

1.问题一：电源板上电之后，48V和3.3V电压都没有输出，无法正常工作；

解决方法：首先进行问题定位，判断是ACDC还是DCDC的问题，经过对比，单独为MP4560供电，3.3V输出正常，所以可以判断是ACDC的问题；让负责ACDC的电源工程师仔细检查原理图，发现变压器物料次级绕组与实际原理图刚好相反，同时进行理论分析，ACDC电源都是采用反激式开关电源，变压器次级绕线绕反了，会直接导致开关电源无法输出，与理论分析一致；重新打样新的变压器之后，48V上电正常，同时3.3V上电正常，因此确定电源板无法正常工作的原因是：变压器物料次级绕组线圈绕反了导致的；

2.问题二：用直流48V供电MP4560，然后为PLC板供电，结果PLC性能较差，没有demo的好；

解决方法：先排除信号线上面的干扰，逐个拆除信号线上面，可能会影响性能的元器件：Y电容、共模电感、X电容、压敏电阻，发现去掉压敏电阻之后性能有一点提升，但是还是比demo差很多，单独3.3V为PLC板供电，PLC性能正常，跟demo性能差不多，而且同比此方面的其它项目，性能要好，经过反复对比验证，确定影响性能的是48V转3.3V DCDC模块，仔细检查原理图和PCB图，发现MP4560的layout不好，而且测试了正常工作的纹波：350mV，比MP4560的demo板（纹波：120mV）差很多，因此确定48V供电时性能差的原因是：48V MP4560 DCDC模块引起的，由于本身layout原因导致该模块纹波超标严重；

3.问题三：测试中发现PLC板和MP4560被烧坏；

解决方法：分析原因，导致烧坏的原因可能是由于MP4560输入对地短路引起的，为了验证这一点，将demo板反复进行输入、输出对地短路测试，MP4560都能正常进入过流保护状态，没有出现烧坏IC的情况，使用demo板为PLC供电，进行输入、出入对地短路也没有出现烧坏PLC的情况，再一次在样机上面进行验证，也没有出现烧坏IC的情况，所以可以确定MP4560对地短路不会烧坏PLC和MP4560；

4.问题四：POE功能调试中，发现使用测试板无法正常工作；

解决方法：发现测试板将RJ45的引线：1、2、7、8都短接一起，同时3、4、5、6都短接一起，所以网线对地阻抗匹配的负载和PD设备是并联到POE的，这样会导致PSE检测PD的时候，直接检查网线接线端的负载，而无法检查PD负载，去掉网络变压器初级匹配电阻R64、R63，POE检测PD设备正常，单独跳线连接RJ45，PD设备也正常，因此说明是因为测试板RJ45网络线短接导致PSE检测异常，无法正常工作；

RJ45与网络变压器连线图：

 

RJ45的引线：1、2、7、8都短接一起，同时3、4、5、6都短接一起之后，OUT+和OUT-之间就会形成以下回路：PD之间就会有固定150ohm电阻负载，导致无法检测PD设备