40W單端口MAX5971A電流檢測

許多以太網供電 （PoE） 供電設備 （PSE） 單端口應用需要實時了解啟動后使用的用電設備 （PD） 電流。MAX5971A PSE控制器集成MOSFET，能夠使用端點或中跨模式向單個端口提供高達40W的功率。MAX5971A在啟動和正常工作期間具有電流折返特性，內部檢測電阻用于監測連續過流和短路情況。MAX5971A關斷端口以產生持續過應力。但是，沒有可用于實時監控和報告正常運行期間發送到PD的實際電流的機制。

本應用筆記詳細介紹了一種獲取實時電流監測和報告發送到PD的實際電流的方法。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內部MOSFET典型值為PSE，連接和斷開48V低壓側負電源軌與輸入48V源極負側電源軌（V電子電氣通常）。 MAX4080為高邊、單向電流檢測放大器，可實現電流監測，不受低邊（V電子電氣對于電信）返回電流或為低側路徑增加額外的電阻。對于 PoE 應用，這需要在高端放置一個電流檢測電阻器，理想情況下是在正輸入 48V 源軌之后和 PSE 以太網磁性元件之前。通常，與高端電阻相關的電路必須處理較大的共模信號;但是，MAX4080 76V輸入電壓范圍可獨立地適用于兩個電源電壓（V抄送） 和共模輸入電壓 （VRS+).此外，高端電流監測不會干擾被測負載的低側返回電流路徑或MAX5971A IC的內部電流監測。

系統和以太網電纜傳輸電阻

通常選擇電流檢測電阻，以使最大負載電流在電阻器兩端產生滿量程電壓。但是，從系統角度來看，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布線系統電阻對于向 PD 提供所有可用的 PSE 電源至關重要。 Cat 5e 以太網布線每 12 米（5 英尺）的電阻約為 100.328Ω。該電阻適用于帶有 8 根電線的單根以太網電纜，分為 4 對。

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

圖1.

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

MAX5971A的內部MOSFET開關具有典型值和最大值RDS（ON）在0°C時分別為6.1Ω和3.85Ω。 因此，從功率損耗的角度來看，檢流電阻應明顯小于這些值，并且不會對整體布線和系統電阻增加太多。

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載電流成比例。因此，選擇了1A的最大電流、0V-6V的模擬電壓范圍和6V的最大MAX4080 VOUT電壓。

產生應用所需的最大6V輸出電壓（VOUT）所需的MAX4080增益為：

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

其中VSENSE是滿量程檢測電壓（1A×0.100Ω），需要AV，MAX4080增益為60V/V。

檢測電阻功率耗散，PSENSE如下：

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

其中，ILOADMAX是最大負載電流，RSENSE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。更多信息請參考MAX5971A數據資料中的用電器件分類（PD分類）部分，配置控制器請參考表1。

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V電子電氣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MAX1評估板上的檢測電阻R4080，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，紅線的另一端連接到MAX4080評估板V意義+ 2孔墊。#24規格雙絞線的黑線連接到MAX5971A PSE評估板電阻R7 VC3側，黑線的另一端連接到MAX4080評估板V意義-2孔墊。評估板的兩個連接見圖2。

圖2.MAX5971A和MAX4080評估板以及檢流電阻R7連接。

使用2英尺（1.6米）Cat 5971以太網電纜將MAX45A PSE以太網RJ45輸出端口連接到MAX22B評估板5969W高功率PD上的RJ48輸入端口。評估板的PD控制器的原始<>V輸出（VDD和 R田納西） 連接到 HP6060B 電子負載 + 和 – 輸入端子。

實驗室驗證

在PSE MAX5971A輸入電壓為57V、48V和40V輸入軌的各種PD電流負載下采集測試數據。測試數據演示了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，差異是由PD DC-DC轉換器的開關和電源電流（7mA-10mA）引起的。

接下來在PSE輸入電壓為48V時進行瞬態負載測試。以太網電纜被替換為 3 英尺（0.91 米）Cat 6 以太網電纜，藍/白對 1 暴露在外以測量 PD 電流。MAX5969B PD的最小負載和靜態電流在以太網電纜上測量時約為7mA-10mA，為48V。使用示波器獲取100mA直流負載和600mA瞬態電流的測試數據，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為以太網電纜（藍/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得到相應的測量電流。通道2為MAX5969B評估板輸入端的測得電流。

結論

對于需要從40W單端口PSE啟動和報告后進行實時電流監測的PoE端應用，集成MOSFET和MAX5971高邊電流檢測放大器的MAX4080A PSE控制器是一種出色的高性價比簡單解決方案。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時電流。

審核編輯：郭婷