40W單端口MAX5971A電流檢測

許多 PoE 供電設(shè)備 （PSE） 單端口應(yīng)用需要實(shí)時(shí)了解啟動后使用的用電設(shè)備 （PD） 電流。本應(yīng)用筆記詳細(xì)介紹了一種獲取實(shí)時(shí)電流監(jiān)測和報(bào)告發(fā)送到PD的實(shí)際電流的方法。在PSE高端電源路徑上使用MAX4080高邊電流檢測放大器和電流檢測電阻。

概述

許多以太網(wǎng)供電 （PoE） 供電設(shè)備 （PSE） 單端口應(yīng)用需要實(shí)時(shí)了解啟動后使用的用電設(shè)備 （PD） 電流。MAX5971A PSE控制器集成MOSFET，能夠使用端點(diǎn)或中跨模式向單個(gè)端口提供高達(dá)40W的功率。MAX5971A在啟動和正常工作期間具有電流折返特性，內(nèi)部檢測電阻用于監(jiān)測連續(xù)過流和短路情況。MAX5971A關(guān)斷端口以產(chǎn)生持續(xù)過應(yīng)力。但是，沒有可用于實(shí)時(shí)監(jiān)控和報(bào)告正常運(yùn)行期間發(fā)送到PD的實(shí)際電流的機(jī)制。

本應(yīng)用筆記詳細(xì)介紹了一種獲取實(shí)時(shí)電流監(jiān)測和報(bào)告發(fā)送到PD的實(shí)際電流的方法。它采用MAX4080高邊電流檢測放大器，PSE高邊電源路徑上采用電流檢測電阻。

電流檢測方法

MAX5971A內(nèi)部MOSFET典型值為PSE，連接和斷開48V低壓側(cè)負(fù)電源軌與輸入48V源極負(fù)側(cè)電源軌（V電子電氣通常）。 MAX4080為高邊、單向電流檢測放大器，可實(shí)現(xiàn)電流監(jiān)測，不受低邊（VEE for Telecom）返回電流或?yàn)榈蛡?cè)路徑增加額外的電阻。對于 PoE 應(yīng)用，這需要在高端放置一個(gè)電流檢測電阻器，理想情況下是在正輸入 48V 源軌之后和 PSE 以太網(wǎng)磁性元件之前。通常，與高端電阻相關(guān)的電路必須處理較大的共模信號;但是，MAX4080 76V輸入電壓范圍可獨(dú)立地適用于兩個(gè)電源電壓（Vcc） 和共模輸入電壓 （VRS+).此外，高端電流監(jiān)測不會干擾被測負(fù)載的低側(cè)返回電流路徑或MAX5971A IC的內(nèi)部電流監(jiān)測。

系統(tǒng)和以太網(wǎng)電纜傳輸電阻

通常選擇電流檢測電阻，以使最大負(fù)載電流在電阻器兩端產(chǎn)生滿量程電壓。但是，從系統(tǒng)角度來看，我們還需要考慮電源路徑中的其他電阻，例如布線和PSE控制器。在布線方面，最大限度地降低以太網(wǎng)布線系統(tǒng)電阻對于向 PD 提供所有可用的 PSE 電源至關(guān)重要。 Cat 5e 以太網(wǎng)布線每 100 米（328 英尺）的電阻約為 12.5Ω。該電阻適用于帶有 8 根電線的單根以太網(wǎng)電纜，分為 4 對。

請參閱下面的圖 1，其中詳細(xì)介紹了使用 2 對 4 根以太網(wǎng)線的以太網(wǎng)線和 PoE 電源對配置。

圖1.

因此，當(dāng)考慮PD的PSE電源和返回線時(shí)，總PoE功率對環(huán)路電阻為12.5Ω（6.25Ω + 6.25Ω）。參見圖1。

MAX5971A的內(nèi)部MOSFET開關(guān)具有典型值和最大值RDS（ON）在85°C時(shí)分別為0.6Ω和1.3Ω。 因此，從功率損耗的角度來看，檢流電阻應(yīng)明顯小于這些值，并且不會對整體布線和系統(tǒng)電阻增加太多。

從電流檢測電阻的角度來看，較高的電阻值允許精確測量較低的電流。此外，檢測電阻I2高電流下的R損耗會變得很大，增加電阻溫度并引入測量漂移。

選擇高端檢測電阻需要平衡功率損耗限制、精度和引入溫度的漂移。對于本應(yīng)用，檢測電阻選擇在MAX5971A MOSFET典型電阻的20%以下;因此選擇0.100Ω檢測值。MAX4080提供模擬電壓輸出，與流過高端檢測電阻的負(fù)載電流成比例。因此，最大電流為1A，模擬電壓范圍為0V-6V，MAX最大為4080 V外選擇6V電壓。

MAX4080增益需要產(chǎn)生最大6V輸出電壓（VOUT） 申請所需的是：

AV = VOUT/VSENSE = 6V/0.100V = 60V/V

其中 V意義是滿量程檢測電壓（1A × 0.100Ω）和AV要求MAX4080增益為60V/V。

檢測電阻功耗，P意義具體如下：

PSENSE = ILOADMAX 2 × RSENSE = 1A2 × 0.100Ω = 0.1W

其中ILOADMAX 是最大負(fù)載電流和PSENSE是檢測電阻值。

PSE 和電流檢測配置以及 PD 連接

MAX5971A評估板配置為中跨工作，控制器的過流門限和電流限值配置為所需的0-4類功率電平工作。

參考MAX5971A評估板數(shù)據(jù)資料第5頁以及表4和表5，跳線JU4和電阻R5-R8配置為評估板上的中跨。電阻R7被0.100Ω1% 1206外殼尺寸的表貼電阻所取代，用于高端正電源軌上的電流檢測（MAX5971A評估板的GND）。

使用16號線連接MAX5971A PSE評估板VEE 2孔焊盤至MAX4080評估板GND 2孔焊盤。另一根16號線用于將MAX5971A PSE評估板GND 2孔焊盤連接到MAX4080評估板V抄送2孔墊。

去掉MAX4080評估板上的檢測電阻R1，將24號雙絞線焊接到MAX4080和MAX5971A評估板上，如下所示。24號雙絞線的一條紅線連接到MAX5971A PSE評估板電阻R7 GND側(cè)，紅線的另一端連接到MAX4080評估板VSENSE+ 2孔墊。#24規(guī)格雙絞線的黑線連接到MAX5971A PSE評估板電阻R7 VC3側(cè)，黑線的另一端連接到MAX4080評估板V意義-2孔墊。評估板的兩個(gè)連接見圖2。

圖2.MAX5971A和MAX4080評估板以及檢流電阻R7連接。

使用7英尺（2.1米）Cat 6以太網(wǎng)電纜將MAX5971A PSE以太網(wǎng)RJ45輸出端口連接到MAX5969B評估板22W高功率PD上的RJ45輸入端口。評估板的PD控制器的原始48V輸出（VDD和 R田納西） 連接到 HP6060B 電子負(fù)載 + 和 – 輸入端子。

實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證

在PSE MAX5971A輸入電壓為57V、48V和40V輸入軌的各種PD電流負(fù)載下采集測試數(shù)據(jù)。。測試數(shù)據(jù)演示了MAX4080在不同功率和電壓電平下的電流測量值。PSE-MIDSPAN Iin_mid電流（PSE輸入）與I_PD電流（R7檢流電阻）之間的細(xì)微差別在于MAX5971A和MAX4080電路的工作電流和電源電流（6mA-11mA）。PD電流Iout_pd也與MAX4080電流測量值密切相關(guān)，差異是由PD DC-DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)和電源電流（7mA-10mA）引起的。

接下來在PSE輸入電壓為48V時(shí)進(jìn)行瞬態(tài)負(fù)載測試。以太網(wǎng)電纜被替換為 3 英尺（0.91 米）Cat 6 以太網(wǎng)電纜，藍(lán)/白對 1 暴露在外以測量 PD 電流。MAX5969B PD的最小負(fù)載和靜態(tài)電流在以太網(wǎng)電纜上測量時(shí)約為7mA-10mA，為48V。使用示波器獲取100mA直流負(fù)載和600mA瞬態(tài)電流的測試數(shù)據(jù)，頻率為20Hz，占空比為10%，20%和50%。通道1是MAX4080評估板V外信號和通道2為以太網(wǎng)電纜（藍(lán)/白，對1）測量的電流，饋入MAX5969B評估板輸入。對于通道1，將RMS或AMPL電壓除以6得到相應(yīng)的測量電流。通道2為MAX5969B評估板輸入端的測得電流。

結(jié)論

對于需要從40W單端口PSE啟動和報(bào)告后進(jìn)行實(shí)時(shí)電流監(jiān)測的PoE端應(yīng)用，集成MOSFET和MAX4080高邊電流檢測放大器的MAX5971A PSE控制器是一種出色的高性價(jià)比簡單解決方案。這種方法避免了改變48V低邊電源軌電阻，并精確測量PD在工作期間使用的實(shí)時(shí)電流。

審核編輯：郭婷