基于MPS的MP8009芯片的POE电源设计

项目更新

2026.04.28———更新了TXRX的输出方式（网口输出）-PCB2

项目简介

本项目是基于MPS（芯源）的MP8009的 30W PoE 电源设计，输入42V--57V，输出14.5V--2.1A，30W的功率，并通过DC-DC芯片TPS5450DDAR和LDO芯片AMS1117-3.3，实现5V和3.3V的电源输出。
此项目是纯硬件发案，无需软件。

那么就有人要问了 ----主播主播什么是PoE？

PoE（Power over Ethernet）是一种通过标准以太网电缆同时传输数据信号与直流电力的技术，实现 “一线双用”，无需额外电源线。其核心优势在于简化设备部署、降低布线成本，广泛应用于安防、工业、医疗等场景。

简单来说，PoE就是用网线进行供电（同时网线也可以正常使用），如下图所示，摄像头末端通常有两个端口，一个是DC供电口，一个是网线接口，如果你买的摄像头支持PoE供电，那么你只需要接PoE供电口，即可实现有网有电的功能，这样就可以做到鱼和熊掌兼得。

要记住要使用
有PoE功能的交换机，才可以实现PoE供电
有PoE功能的交换机，才可以实现PoE供电
有PoE功能的交换机，才可以实现PoE供电（重要事情说三遍）

原理解析（硬件说明）及Layout解析

此项目为纯硬件电路，电路是分为物理接口与信号分离电路，核心控制芯片 MP8009 的硬件逻辑电路，电源转换与滤波设计电路及接地与安全设计电路。

物理接口与信号分离电路

通过 RJ45_TPTX±/TPRX± 引脚传输数据，同时利用数据对（1/2、3/6 线对）供电（符合 IEEE 802.3bt Alternative A 模式）。网口变压器实现数据信号与 48V 电力的隔离，避免干扰，并通过中心抽头接地（PGND）提升共模抑制能力。

核心控制芯片 MP8009 的保护模块

芯片介绍：MP8009是一款全集成兼容PoE802.3af/at与PD协议，采用原边反馈设计，支持48V网线与36~57V适配器供电，输出14V @ 2.1A，下图为MP8009的原理图设计。

电流采样：SENSE引脚连接R13/R14（100mΩ）这两个电阻，可以实时监测电流，实现过流保护（当电流 >2A时会自动触发切断）。

电压控制：GATE引脚驱动外部MOSFET，控制48V输出，确保电压稳定。

浪涌保护：SMAJ60A作为TVS管，钳位瞬态高压（60V 击穿），保护后级电路；BAV21W防止反向电流。

电源转换与滤波设计
多级电压转换
输入48V经MP8009降压为+5V，DC-DC芯片BOOT引脚外接10nF电容，提升启动稳定性。再通过 LDO芯片转为+3.3V，为逻辑电路供电。

滤波与隔离
电容：C14/C15/C16/C17/C18/C45/C46采用1nF/2000V电容，跨接PGND与GND，抑制共模噪声，满足2000V隔离耐压要求。

接地与安全设计
分级接地
VSS（电源地）：输入48V电压的地，从RJ45输入连接网口变压器，经过MB210S整流桥电路，整流出稳定的48V输入电压，给芯片供电。
PGND（功率地）：直接连接网口变压器、MP8009 散热焊盘（PAD），降低功率回路阻抗，避免地弹噪声。
GND（信号地）：连接逻辑电路，通过多点接地（1-55）减少干扰，符合PoE “信号地与功率地分离” 原则。

特别要注意的是此项目有3个地（VSS,PGND,GND）,在复刻和学习的过程中，注意区分每个地的功能，不要搞错，不要混用，48V的电压要注意安全。

硬件层实现逻辑
该设计通过MP8009芯片主导 “检测（24.9kΩ电阻）→分级（CLASS引脚）→供电（48V via 数据对）→保护（过流/过温）” 全流程，结合网口变压器隔离、高压电容滤波、分级接地等硬件措施，实现符合IEEE 802.3bt的PoE PSE设计。

布局及Layout要求

在布局整个功率环路（PGND)的过程中，要遵循以下基本要求：

1 原边主功率回路：C9→T2→Q1→R13,14→C9

2 辅助绕组回路：T2→D3→R9→C13→T2

3 MP8009控制部分放在原边主功率回路之外，FB电阻，COMP电阻电容，VCC电容都需要靠近芯片对应管脚放置。

4 副边主功率回路：T2→U2→C20→T2

第一部分：MP8009原边主功率回路：C9→T2→Q1→R13,14→C9
减小SW的环路面积

第二部分: MP8009辅助绕组回路：T2→D3→R9→C13→T2
减小VCC辅助绕组环路面积

第三部分: MP8009控制部分放在原边主功率回路之外，FB电阻，COMP电阻电容，VCC电容都需要靠近芯片对应管脚放置

FB电阻靠近芯片FB与PGND管脚放置（反馈电阻R6,7）

VCC电阻靠近芯片VCC与PGND管脚放置（电阻R11）

SENSE电容靠近SENSE与PGND管脚（电容C33）

COMP电阻电容靠近COMP与PGND管脚放置（电阻R3）

第四部分：副边主功率回路：T2→U2→C20→T2

POE电源DC--DC部分设计完成，下面对DC--DC和LDO电源部分进行分析：

DC--DC电路
此项目中的DC--DC芯片用的TPS5450DDAR，这个芯片是是异步 Buck 转换器,是高性价比降压型，可以高压直流稳定转为低压，供芯片、传感器等使用，其电流能力，可以持续输出 5A，短时峰值 6A（比如电机启动瞬间），满足中小型设备供电，在工作效率方面，内置 110mΩ低阻MOSFET，转换效率超 90%（12V转5V满载时，发热仅约 2.75W）。原理图如下图所示

官方给的参考文件

这里我们一起学习一下BUCK电路，假设这里我们只要设计输出3.3V，而不是5V，我们就需要计算R1,2两个电阻的值，查看数据手册可知:

反馈电阻值的计算公式

这里我们首先需要确定一个电阻的值，从数据手册看，手册建议我们（对于任何TPS5450的设计，R1的阻值建议从10KΩ开始），这里输出电压接近且不低于3.3V,R2应选用5.87KΩ。(在设计是过程中我们反馈电阻要选择千欧级别的)

其次我们要输出电流达到5A，在设计方面我们要选择合适的电感L和滤波电容C，在电感L选型要考虑电感的饱和电流是否足够，饱和电流要大于电感会流过的最大电流值ILmax（ILmax=IL+△IL/2，△IL应该是IL的20%-40%为宜），并且要留有一定的余量。

在电感L方面，需要看这两个参数，并结合上文理论分析

在滤波电容C方面，通过数据手册查看，我们可知，如果输出要接大电流设备，那么输出滤波电容C需要使用铝电解电容（这个地方我用灯带测试过， >2A必须使用电解电容，不然无法带动设备）

贴片电容（MLCC）凭借低ESR（等效串联电阻）和高频特性擅长高频滤波及瞬态响应，铝电解电容则以大容量和低成本主导低频大电流场景，选型需综合频率、电流及成本需求。

一句话总结就是，滤波电容的选型不是 “非此即彼”，而是 “按需匹配”------大电流、大容量、低频场景优先铝电解电容；小电流、高频、小体积、高可靠性场景优先贴片电容（MLCC），两者也常 “并联使用”（铝电解电容负责低频大容量滤波，贴片电容（MLCC）负责高频低 ESR 滤波），实现全频段滤波优化。

LDO电路
LDO（Low Dropout Regulator，低压差线性稳压器）是一种线性直流稳压电路，核心功能是将不稳定的输入直流电压转换为稳定、低纹波的输出直流电压。它的最大特点是输入与输出电压差（压差）极小，因此在低功耗、小功率场景中应用广泛，是电源系统中与开关稳压器（如 Buck 电路）互补的重要模块。

输入与输出电压差（压差）极小 这个点很重要，LDO的核心就是低压差电路，压差压差越小，效率越高，效率计算公式（效率 = Vout/Vin × 100%），例如(Vin=3.5V、Vout=3.3V 时，效率≈94%)，我们常用的AMS1117-3.3V的5V转3.3V电路，使用效率计算公式（Vin=5V、Vout=3.3V时，效率仅66%），效率随压差增大而线性下降。那么损失的34%功耗几乎都转化为调整管的热量，当压差大、电流大时，会导致发热严重，甚至烧毁LDO芯片。

实物图

正面

反面

焊接与调试

因为有QFN封装的芯片（MP8009），所以希望各位买一个焊台或者热风枪（广告位），这样更加利于焊接，先不焊接L2，测试是否有输入48V和输出14.5V，因为PoE交换机的价格有点贵，所以我预留了接口，复刻的同学可以直接接（42V--57V）的直流电源进行调试。

下面说调试可能会出现的问题（主播踩过的坑）
先不焊接L2(PoE的输入输出都有了，才焊接L2测试后面的)
这里说一下,网口变压器(H5007NLT)和变压器（HR102044）不太容易坏。

没有输入电压48V（测量D1两端），如果没有PoE交换机，这一步不用看（等等主播，PoE交换机主播正在设计中），看你的PoE交换机是开启PoE供电功能，其次测量整流桥电路(D5,D6)是否存在问题(万用表量一下压降,和好的对比)，D1别焊反。

没有输出电压，首先测量C11,13是否有一个8.5V左右的电压(测量时请注意，表笔应接在C11,13的两端，握持表笔的手，不要触摸到PCB板上的元件，防止手上的静电进入PCB板，导致后面的元件损坏，最可能损坏的元件是TPS5450DDAR)，如果测量到的电压只有8.5V的一半或者更低，原因是MP8009没有焊好。

有输出电压，但是测量输出电压会从14V往下掉，到0V，循环往复，原因是MP8009没有焊好。

有输出电压，但是只有2.5V，原因是FB（反馈）脚的反馈电阻R6,7有问题，建议更换。

目前我遇到的问题就这么多，如何还有在更新，