Помогите разобраться с PoE

[Nevox 0]

Добрый день!

Уже не один день пытаюсь разобраться со схемой PoE в своем устройстве.

Есть устройство с  PoE и микросхемой TPS23753APW от Texas Instruments. Собрал эту схему согласно отладочной платы для 5 В ( https://www.ti.com/lit/ug/slvu315a/slvu315a.pdf?ts=1614250496506 ). Устройство, по задумке, должно питаться как от лабораторного блока питания, так и по Ethernet. На схеме разъем X2 - обычный разъем, куда я подключаю провода с кабеля Ethernet. 24V_IN - внешний источник напряжения (лабораторный блок питания), а по Ethernet питаю от роутера Microtik Hex PoE. В первом варианте этой схемы у меня не было разделения земли VSS и земли GND_IN между собой, и роутер отказывался видеть мое устройство и выдавать ему напряжение, но я мог принудительно через роутер запитать устройство (там правда и с напряжением по выходу трансформатора не так все гладко, но об этом позже). Потом я понял, что все-таки земли эти разделять надо и в итоге разделил их, как на моей схеме (в отладке тоже есть разделения, но я почему-то сразу этого не увидел). И. ура, роутер стал определять устройство, даже выдает напряжение 48 В. Но теперь перестал работать трансформатор и сама микросхема TPS23753APW начала очень сильно греться. Уже всю голову сломал, в чем может быть проблема? Пробовал паять конденсатор 1000pF между землями, так же паял стабилитрон (такой же как VD6) между VSS и GND_IN, но ничего не помогает. ОТ лабораторного блока питания 24_IN все работает. Там правда на выходе после диода 3.6 В постоянки почему-то, а перед диодом 5 В переменки, но об этом потом (возможно делители надо поменять как-то). Помогите разобраться просто с включением микросхемы.

PoE.pdf

Edited March 3 by Nevox

[Adver 220]

PCBWay - всего $5 за 10 печатных плат, первый заказ для новых клиентов БЕСПЛАТЕН (Экспресс изготовление за 24 часа!)

Сборка высококачественных печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

Онлайн просмотрщик Gerber-файлов от PCBWay!

Новые услуги: 3D-печать и обработка с ЧПУ

Студенческое спонсорство

[J_Ohm 644]

3 часа назад, Nevox сказал:

В первом варианте этой схемы у меня не было разделения земли VSS и земли GND_IN между собой

GND_IN = RTN? V_CC и RTN для нормальной работы резервирования должны быть порознь.

Цитата

на выходе после диода 3.6 В постоянки почему-то

Это с натяжкой сошло бы для TPS23753AEVM-002 (3,3 В). Или дело плохо. Что с напряжениями относительно V_SS и RTN при этом?

Цитата

возможно делители надо поменять как-то

А это если предел V_C микросхемы = 19 В позволит. Сами делали по схеме или от производителя?

Цитата

Но теперь перестал работать трансформатор и сама микросхема TPS23753APW начала очень сильно греться.

Что за "трансформатор" и что значит "перестал работать"? Сильный нагрев микросхемы - 99% вероятности, что она вышла из строя. Возможно - из-за объединения "земель".

 

Edited March 3 by J_Ohm

[Adver 220]

Изготовление 1...4-х слойных плат - 2$

Быстрое изготовление прототипа платы всего за 24 часа! Прямая доставка с нашей фабрики!

Смотрите видео о фабрике JLCPCB: https://youtu.be/_XCznQFV-Mw

[Nevox 0]

32 минуты назад, J_Ohm сказал:

1) GND_IN = RTN? V_CC и RTN для нормальной работы резервирования должны быть порознь.

2)Это с натяжкой сошло бы для TPS23753AEVM-002 (3,3 В). Или дело плохо. Что с напряжениями относительно V_SS и RTN при этом?

3) А это если предел V_C микросхемы = 19 В позволит. Сами делали по схеме или от производителя?

4)Что за "трансформатор" и что значит "перестал работать"? Сильный нагрев микросхемы - 99% вероятности, что она вышла из строя. Возможно - из-за объединения "земель".

 

1) VSS  и RTN я разделил, после этого устройство начало определяться роутером.

2) На выходе трансформатора другая земля, или я не понял где нужно измерить...

3) Не очень понял вопрос, но делал схему по ссылке, которую кидал.

4) "Перестал работать трансформатор" - это я так криво выразился, на самом деле напряжение на 3 контакт трансформатора приходит, но на выходе у него ничего нет. Просто 0, и он не гудит) Микросхема не сгорела, т.к. я уже поменял ее на новую, результат такой же - устройство определяется, напряжение роутер выдает, а на выходе трансформатора ничего нет. 

Мне кажется, что где-то либо земли не хватает, либо еще что. Т.к. от лабораторного блока питания трансформатор хотя бы напряжение выдает и микросхема не греется.

[Adver 220]

Взаимодействие устройств IoT от Microchip с облаком Google

Благодаря облачным технологиям появилась возможность реализовать сложные проекты на базе микроконтроллера путем перераспределения вычислительной нагрузки между микроконтроллером и облаком. Простые в использовании отладочные платы, такие как AVR- и PIC-IoT WG, позволяют выполнять ресурсоемкие вычисления, передавая их в облако.

Подробнее

[J_Ohm 644]

Измерять нужно для PoE на V_DD относительно V_SS и для резервного тоже на V_DD, но относительно RET. На выходе, естественно, относительно своей земли. Питание резерва подключать штатно через J1: плюс к контакту (2) (если его приоритет > PoE) или (3), минус к контакту (1) "RЕТ".
 Разобраться сперва нужно, почему от резерва криво работает. Трансформатор точно "POE70P-50L" или "835-01046FС" как указано? U3 – "TLV431ACDBZR", а не "TL431..." ?

"Земли" V_SS и RET замыкаются ключом внутри микросхемы после проверки класса потребления устройства. Для этой проверки контроллер выступает прокси потребителем, пропуская весь ток классификации от PoE через себя. Реальное потребление должно быть не менее 5 мА и не более классификационного, иначе PoE отключится. Значение классификационного тока = 2 мА задается резистором R7 = 1,27 кОм. Тут есть противоречие. https://www.ti.com/lit/gpn/tps23753a

Но я бы на вашем месте до налаживания работы от резервного источника не спешил менять R7.

Edited March 4 by J_Ohm

[Adver 220]

Вебинар «Решения Analog Devices для гальванической изоляции. Обзор технологий и новинок» (27.04.2021)

Компания «Компэл» и Analog Devices приглашают всех желающих 27/04/2021 принять участие в вебинаре, посвященном решениям Analog Devices для гальванической изоляции. В программе вебинара: технологии гальванической изоляции iCoupler, цифровые изоляторы, технология isoPower, гальванически изолированные интерфейсы (RS-485, CAN, USB, I2C, LVDS) и другое. Вебинар будет интересен разработчикам промышленной автоматики и медицинской техники.

Подробнее

[Nevox 0]

Напряжение между VDD и VSS у меня 46.3 В. А между VDD и RTN 3.9 В после включения, до включения там 0.5В. Трансформатор точно POE70P-50L и U3 точно TLV431ACDBZR. А какое противоречие в даташите?

 

На всякий случай уточню, моя схема это пдф, а не ссылка)

[Adver 235]

Новое семейство ИП от MEAN WELL мощностью 150, 300, 600 Вт с повышенной перегрузочной способностью

Компания MEAN WELL разработала семейство источников питания номинальной мощностью 150, 300 и 600 Вт с возможностью кратковременной безопасной работы при мощности в 2,5 раза выше номинальной (до 5 секунд). Данное семейство источников питания востребовано в промышленных установках с использованием электродвигателей или с емкостной нагрузкой. Применяя новые источники питания HRP/N можно получить экономический выигрыш.

Подробнее

[J_Ohm 644]

Не в даташите. Классификационный ток по схеме 2 мА. Официальный pdf на IEEE 802.3at не нашел, а в интернете рассказывают, что ниже 5 мА источник PoE отключается. Возможно, разные поколения протокола.

Напряжение На DEN относительно V_SS? А резервный источник физически отсоединен? Еще бы осциллографом глянуть, действительно ли 3,9 В чистое постоянное или усреднение импульсов.  Странное напряжение.

Скрытый текст

Извините за офтоп. Раз MikroTik'om пользуетесь, случайно не знаете, что за проблема у них может быть с не работающим UPnP? - Все настроил по образцам и подобиям, другие маршрутизаторы работают, - с этим, все бестолку, будто UPnP сервиса вовсе нет. Хотя пришедшие запросы в логе видно.

 

[Nevox 0]

При работе от лабораторного источника питания напряжение на DEN относительно VSS - 23.717 В. Напряжение на DEN относительно GND_IN - 24.224 В. Зато вот что заметил, напряжение на APD 0.3В всего, т.е. на резистор R6 приходит напряжение 24В В, а после него уже 0.3 В. Что недостаточно для нормальной работы TPS23753APW (там напряжение должно быть выше 1.5 В). КЗ никаких вроде нет...

 

P.S. С микротиками работаю в первый раз, поэтому не могу помочь(

Edited March 4 by Nevox

[Adver 220]

[J_Ohm 644]

Эти 1,5 В не разрешают PoE включаться в присутствии дополнительного питания т.к. блокируют ключ, замыкающий "земли". При отсутствии доп. питания, PoE должно работать. Скорее всего номинал не тот в делителе. Проверьте, если возможно, все smd резисторы. Может оказаться, что вся проблема в 3,3 В вместо 5 В. Питание драйвера затвора - V_C выпрямляется из flyback импульса, и оно, наверное, тоже не дотягивает до нормы, как и выходное.

[Nevox 0]

В общем что я нашел. Резисторы R6 и R7 соответствуют своим номиналам. Выпаял резистор R7 измерил его номинал, ровно 39.2КОм, замерил сопротивление между APD и GND_IN и там 5116 Ом. В параллельном соединении 39.2 КОм и 5116 Ом, получается примерно 4490 Ом, соответственно делитель на ножку APD получается 392KОм на 4490 Ом и вот почему я вижу 0.3В. И теперь вопрос, откуда там такое сопротивление... Микросхема чтоли пробита? Я снял микросхему D8 и подал питание на плату. В итоге получилось 2.2 В на 12 контакте футпринта D8 (APD). Но схема не работает (транфосрматор не гудит), начинается резкое потребление тока и я выключаю питание, чтобы ничего не спалить. В итоге микросхема D8 вроде рабочая, затвором VT3 она управляет, но тогда почему на APD всего 0.3 В? Но это опять же, все от лабораторного блока питания. От PoE она вообще не работает, только микросхема греется...

Вот еще несколько осциллограмм:
1) Это поданные 24В на схему после диода VD3, до диода сигнал чистый. Из-за шума трасформатора такой сигнал видимо.
 

2)Это сигнал на ножке GATE ( Он быстро изменялся, поэтому кажется, что их 2, на самом деле там одинарыне такие испульсы, не двойные) Амплитуда поидее должна быть ровной, не снижаться со временем. Поэтому я и на выходе вижу 3.6В скорее всего.

3) Это уже выход с трансформатора после диода VD9.

4) А это перед диодом VD9.

[J_Ohm 644]

3 часа назад, Nevox сказал:

Резисторы R6 и R7 соответствуют своим номиналам.

PDFки у нас не совпадают... В представленной вами же от TI это R1 и R2.

Микросхему можно пробить и во время пайки. Флюс, - не обязательно активный, - может быть проводящим... Но неисправность APD входа ничего не объясняет: его заземляют, когда дополнительное питание в резерве, и задействуют, если - основное.

Работа преобразователя выглядит как при отсутствии самопитания. Стартовое напряжение на V_C - питание драйвера затвора накапливается от V_DD через источник тока на конденсаторе, но для непрерывной работы нужно иметь питание от 12 В до 18 В, выпрямленное из импульсов обратного хода с трансформатора.

 

[Nevox 0]

05.03.2021 в 14:13, J_Ohm сказал:

PDFки у нас не совпадают... В представленной вами же от TI это R1 и R2

Ну я прикреплял PDF, ку к первому посту, это моя схема, поэтому по ней и говорю) Попробую сейчас тупо подать от лабораторного источника питания 48В и измерю все напряжения на плате. Других вариантов просто не вижу. Если ножка APD пробита, то возможно есть еще такие ножки.

 

Edited March 9 by Nevox

[J_Ohm 644]

Мне как-то не пришло в голову, что "пдф, а не ссылка" означает другой PDF. Теперь вижу. L5, L6 на дроссели, надеюсь, не меняли?

С напряжением на C23, С25 при питании от 24 В и от 48 В как?

[Nevox 0]

У меня хороший сдвиг. Я нашел почему у меня было 3.6 В на выходе трансформатора, а не 5 В. Я перепутал выводы диода VD7 (там диод BAS16LT1G, 2 с 3 выводы перепутал, сам дурак, как говорится).  После того, как диод перепаял, сразу стабильно на выходе стало напряжение 5.1 В. Больше таких элементов в схеме вроде нет. L5-L6 у меня в схеме - MMZ2012R150AT000 TDK. Т.е. с 24 В проблем вроде бы нет.

Осталась проблема с питанием по PoE. Я припаял провода к 1 и 2 контактам диода VD4, подал напряжение 48VDC и измерил все выводы микросхемы D8 и диод VD7 с двух сторон. Вот что получилось:

Измерения напряжения относительно GND_IN:

14 (FRS): -1,5mV;

13 (BLNK): -7 mV;

12 (APD): -8 mV;

11 (CLS): -44V;

10 (DEN): -44V;

9,8 (VDD, VDD1): 4,014V;

7 (VSS): -44V;

6 (RTN): 0V;

5 (GATE): 0V;

4 (VC): 3,846V;

3 (CS): 0V;

2 (VB): 3,810 V;

1 (CTL): 3,735V;

+ VD7: 0V;

-VD7: 3,84V.

Измерения напряжения относительно VSS:

14 (FRS): 44V;

13 (BLNK): 43,872 V;

12 (APD): 44V;

11 (CLS): 8mV;

10 (DEN): 83mV;

9,8 (VDD, VDD1): 44V;

7 (VSS): 0V;

6 (RTN): 43,9V;

5 (GATE): 44V;

4 (VC): 47,8V;

3 (CS): 44V;

2 (VB):47,8 V;

1 (CTL): 48V;

+ VD7: 44V;

-VD7: 48V.

В итоге микросхема отказывается работать с питанием по PoE. Но заметил одну особенность, если каратнуть землю GND_IN и VSS, то трансформатор запускается. Изначально у меня были объединены эти земли в схеме, но если они объединены, то роутер отказывается находить устройство, поэтому я их рзаделил.

 

 

Edited March 9 by Nevox

[Nevox 0]

09.03.2021 в 10:59, J_Ohm сказал:

С напряжением на C23, С25 при питании от 24 В и от 48 В как?

При питании от 24 В там 12.5 В примерно, а при питании от 48 В, там всего 3.8 В.

[J_Ohm 644]

09.03.2021 в 16:15, Nevox сказал:

Измерения напряжения относительно VSS:

...

10 (DEN): 83mV;

Вывод DEN соединяется внутренним ключом с VSS для представления питаемого устройства источнику в виде сопротивления =25 кОм. Ключ замкнут при напряжении VDD-VSS до 9,5-11,5 В. Выше - закрыт, при этом на вывод DEN через R11 должен приходить потенциал VDD, чего не наблюдается . Напряжение на ключе мониторится и если оно ниже 4,5 В относительно VSS, "земляной" ключ между VSS и RTN (GND_IN) размыкается.

Ключ DEN-VSS пробит?

 

[Nevox 0]

11 часов назад, J_Ohm сказал:

Ключ DEN-VSS пробит?

 

Возможно уже с этой микросхемой все плохо. Сейчас запаяю новую и сделаю новые измерения.

Измерения напряжения относительно GND_IN:

14 (FRS):0.5mV ;

13 (BLNK): -1.7mV ;

12 (APD):  -32mV;

11 (CLS): -44V;

10 (DEN): 4V ;

9,8 (VDD, VDD1):  4V;

7 (VSS): -44V;

6 (RTN): 0 V;

5 (GATE): 2mV ;

4 (VC): ; 3.6V

3 (CS):  0V;

2 (VB): 3.6V;

1 (CTL):3.5V;

+ VD7: 0V ;

-VD7: 3.6V.

Измерения напряжения относительно VSS:

14 (FRS):44.5V ;

13 (BLNK): 44.5V;

12 (APD): 44.6V ;

11 (CLS): 0V ;

10 (DEN): 48.6V;

9,8 (VDD, VDD1): 48.8V;

7 (VSS): 0V;

6 (RTN):44V;

5 (GATE): 44.8V;

4 (VC): 48V;

3 (CS):44.9V ;

2 (VB):48.5V ;

1 (CTL): 48.4V ;

+ VD7:44.6V ;

-VD7:48V .

Edited March 12 by Nevox

[J_Ohm 644]

Условия для отпирания "земляного" ключа и подачи питания на преобразователь выполняются. Если и PoE подается непрерывно, уже должно было работать.

[Nevox 0]

19 минут назад, J_Ohm сказал:

Условия для отпирания "земляного" ключа и подачи питания на преобразователь выполняются. Если и PoE подается непрерывно, уже должно было работать.

Ну вот микросхема тупо греется и ничего не происходит(

[J_Ohm 644]

А она совсем новая? Ток потребления какой по PoE и форма напряжения? Может, роутер в цикле сбрасывает питание по превышению потребителем классификационного тока?

[Nevox 0]

5 минут назад, J_Ohm сказал:

А она совсем новая? Ток потребления какой по PoE и форма напряжения? Может, роутер в цикле сбрасывает питание по превышению потребителем классификационного тока?

Ну я щас тупо от источника питания подаю 48VDC между PoE+ и VSS.  Ток где-то 30мА. От роутера такой же эффект. Ну почти новая, я ее один раз включал ненадолго со старой схемой. Совсем новая будет на днях.

Edited March 12 by Nevox

[J_Ohm 644]

2 часа назад, Nevox сказал:

Ток где-то 30мА.

1,5 Вт на маленьком чипе без радиатора? Столько в половине микросхемы со стороны PoE потреблять нечему, разве что R10 или R11 намного ниже номинала или замкнут.

Скрытый текст

Да и то, включаются они временно, при определении потребителя. Включение R10 можно увидеть осциллографом на CLS относительно VSS - импульс +1,25 В. При включении R11 в начальный момент определения, на DEN относительно VDD будет какой-то кривой импульс не более -10 В.

В общем, мыслей пока нет, кроме нежелания палить третью.

При питании от дополнительного источника 24 В на GND_IN, минус напряжения был и на VSS, как я заметил. Возможно, через паразитный диод (если ключ не двухсторонний). А при 48 В такого питания, МС тоже раскаляется?

[Nevox 0]

12.03.2021 в 21:25, J_Ohm сказал:

1) разве что R10 или R11 намного ниже номинала или замкнут.

При питании от дополнительного источника 24 В на GND_IN, минус напряжения был и на VSS, как я заметил. Возможно, через паразитный диод (если ключ не двухсторонний). А при 48 В такого питания, МС тоже раскаляется?

С резисторами R10 и R11 все вроде в порядке. Между 11 ножкой и VSS в режиме сопротивления мультиметр показывает 1.264 KОм (R10) . Если сопротивление измерять на резисторе R11, то показывает сопротивление
24.79 КОм. Оба края резистора R10 относительно GND_IN показывают 45-47 КОм. Один край резистора R11 относительно GND_IN показывает 44КОм - 140 КОм, другой край резистора 1 МОм, и почему-то меняется сопротивление от края к краю, т.е. то на одном 44-100 КОм, а на другом 1 МОм, и наоборот.

 

В итоге поставил я совершенно новую микросхему из другого магазина, и ничего не изменилось, увы.

 

При питании от 24 В микросхема объединяет VSS  и GND_IN и совершенно не греется. Между GND_IN  и VSS 0.5 В. При 48 В какого питания, тоже между VCC_PoE и GND_IN?

[J_Ohm 644]

Я имел в виду, подать напряжение вместо 24 В

3 часа назад, Nevox сказал:

Между GND_IN  и VSS 0.5 В.

Это должно быть падение на паразитном диоде "земляного" ключа. Через него от GND_IN минус питания проходит на VSS. Обратно же, при питании от PoE, минус должен проходить через открытый канал ключа.

4 часа назад, Nevox сказал:

При 48 В какого питания, тоже между VCC_PoE и GND_IN?

Да. Преобразователю должно быть все равно. Может не все 48 В сразу, а поднимать постепенно с 24 В и понаблюдать. В случае успеха надо разбираться с софстартом этой МС. Алгоритм по даташиту его такой:

При напряжении питания более 35 В ключ между VSS и GND_IN приоткрывается с ограничением броска тока на 140 мА. При естественном спаде тока на 10%, ограничение поднимается до рабочего значения 450 мА... Этого не происходит. Или происходит, но быстро заканчивается отключением. Осциллографом с запоминанием ловить момент надо.

Еще интересно в плане перегрева снять на время L4, отключив преобразователь.

 

[Nevox 0]

Схема была рабочая. Просто параллельно на 48В сидел преобразователь TRACO на который может быть подано максимум 36В. И когда роутер подавал 48В, TRACO боролся с этим напряжением. В дальнейшем просто заменю TRACO на другое и все должно быть хорошо. Спасибо большое за помощь!

Edited April 8 by Nevox