40W单端口MAX5971A电流检测

许多 PoE 供电设备 （PSE） 单端口应用需要实时了解启动后使用的用电设备 （PD） 电流。本应用笔记详细介绍了一种获取实时电流监测和报告发送到PD的实际电流的方法。在PSE高端电源路径上使用MAX4080高边电流检测放大器和电流检测电阻。

概述

许多以太网供电 （PoE） 供电设备 （PSE） 单端口应用需要实时了解启动后使用的用电设备 （PD） 电流。MAX5971A PSE控制器集成MOSFET，能够使用端点或中跨模式向单个端口提供高达40W的功率。MAX5971A在启动和正常工作期间具有电流折返特性，内部检测电阻用于监测连续过流和短路情况。MAX5971A关断端口以产生持续过应力。但是，没有可用于实时监控和报告正常运行期间发送到PD的实际电流的机制。

本应用笔记详细介绍了一种获取实时电流监测和报告发送到PD的实际电流的方法。它采用MAX4080高边电流检测放大器，PSE高边电源路径上采用电流检测电阻。

电流检测方法

MAX5971A内部MOSFET典型值为PSE，连接和断开48V低压侧负电源轨与输入48V源极负侧电源轨（V电子电气通常）。 MAX4080为高边、单向电流检测放大器，可实现电流监测，不受低边（VEE for Telecom）返回电流或为低侧路径增加额外的电阻。对于 PoE 应用，这需要在高端放置一个电流检测电阻器，理想情况下是在正输入 48V 源轨之后和 PSE 以太网磁性元件之前。通常，与高端电阻相关的电路必须处理较大的共模信号;但是，MAX4080 76V输入电压范围可独立地适用于两个电源电压（Vcc） 和共模输入电压 （VRS+).此外，高端电流监测不会干扰被测负载的低侧返回电流路径或MAX5971A IC的内部电流监测。

系统和以太网电缆传输电阻

通常选择电流检测电阻，以使最大负载电流在电阻器两端产生满量程电压。但是，从系统角度来看，我们还需要考虑电源路径中的其他电阻，例如布线和PSE控制器。在布线方面，最大限度地降低以太网布线系统电阻对于向 PD 提供所有可用的 PSE 电源至关重要。 Cat 5e 以太网布线每 100 米（328 英尺）的电阻约为 12.5Ω。该电阻适用于带有 8 根电线的单根以太网电缆，分为 4 对。

请参阅下面的图 1，其中详细介绍了使用 2 对 4 根以太网线的以太网线和 PoE 电源对配置。

图1.

因此，当考虑PD的PSE电源和返回线时，总PoE功率对环路电阻为12.5Ω（6.25Ω + 6.25Ω）。参见图1。

MAX5971A的内部MOSFET开关具有典型值和最大值RDS（ON）在85°C时分别为0.6Ω和1.3Ω。 因此，从功率损耗的角度来看，检流电阻应明显小于这些值，并且不会对整体布线和系统电阻增加太多。

从电流检测电阻的角度来看，较高的电阻值允许精确测量较低的电流。此外，检测电阻I2高电流下的R损耗会变得很大，增加电阻温度并引入测量漂移。

选择高端检测电阻需要平衡功率损耗限制、精度和引入温度的漂移。对于本应用，检测电阻选择在MAX5971A MOSFET典型电阻的20%以下;因此选择0.100Ω检测值。MAX4080提供模拟电压输出，与流过高端检测电阻的负载电流成比例。因此，最大电流为1A，模拟电压范围为0V-6V，MAX最大为4080 V外选择6V电压。

MAX4080增益需要产生最大6V输出电压（VOUT） 申请所需的是：

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

其中 V意义是满量程检测电压（1A × 0.100Ω）和AV要求MAX4080增益为60V/V。

检测电阻功耗，P意义具体如下：

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

其中ILOADMAX 是最大负载电流和PSENSE是检测电阻值。

PSE 和电流检测配置以及 PD 连接

MAX5971A评估板配置为中跨工作，控制器的过流门限和电流限值配置为所需的0-4类功率电平工作。

IC CLASSIFICATION	ILM1 PIN (JUL1)	ILM2 PIN (JUL2)	OVERCURRENT Threshold (mA)	CURRENT LIMIT (mA)
Class 0-Class 4	Not installed	Not installed	Class 5 disabled	Class 5 disabled
CLASS 5	Installed	Not installed	748	850
CLASS 5	Not installed	Installed	792	900
CLASS 5	Installed	Installed	836	950

参考MAX5971A评估板数据资料第5页以及表4和表5，跳线JU4和电阻R5-R8配置为评估板上的中跨。电阻R7被0.100Ω1% 1206外壳尺寸的表贴电阻所取代，用于高端正电源轨上的电流检测（MAX5971A评估板的GND）。

使用16号线连接MAX5971A PSE评估板VEE 2孔焊盘至MAX4080评估板GND 2孔焊盘。另一根16号线用于将MAX5971A PSE评估板GND 2孔焊盘连接到MAX4080评估板V抄送2孔垫。

去掉MAX4080评估板上的检测电阻R1，将24号双绞线焊接到MAX4080和MAX5971A评估板上，如下所示。24号双绞线的一条红线连接到MAX5971A PSE评估板电阻R7 GND侧，红线的另一端连接到MAX4080评估板VSENSE+ 2孔垫。#24规格双绞线的黑线连接到MAX5971A PSE评估板电阻R7 VC3侧，黑线的另一端连接到MAX4080评估板V意义-2孔垫。评估板的两个连接见图2。

图2.MAX5971A和MAX4080评估板以及检流电阻R7连接。

使用7英尺（2.1米）Cat 6以太网电缆将MAX5971A PSE以太网RJ45输出端口连接到MAX5969B评估板22W高功率PD上的RJ45输入端口。评估板的PD控制器的原始48V输出（VDD和 R田纳西） 连接到 HP6060B 电子负载 + 和 – 输入端子。

实验室验证

在PSE MAX5971A输入电压为57V、48V和40V输入轨的各种PD电流负载下采集测试数据。。测试数据演示了MAX4080在不同功率和电压电平下的电流测量值。PSE-MIDSPAN Iin_mid电流（PSE输入）与I_PD电流（R7检流电阻）之间的细微差别在于MAX5971A和MAX4080电路的工作电流和电源电流（6mA-11mA）。PD电流Iout_pd也与MAX4080电流测量值密切相关，差异是由PD DC-DC转换器的开关和电源电流（7mA-10mA）引起的。

接下来在PSE输入电压为48V时进行瞬态负载测试。以太网电缆被替换为 3 英尺（0.91 米）Cat 6 以太网电缆，蓝/白对 1 暴露在外以测量 PD 电流。MAX5969B PD的最小负载和静态电流在以太网电缆上测量时约为7mA-10mA，为48V。使用示波器获取100mA直流负载和600mA瞬态电流的测试数据，频率为20Hz，占空比为10%，20%和50%。通道1是MAX4080评估板V外信号和通道2为以太网电缆（蓝/白，对1）测量的电流，馈入MAX5969B评估板输入。对于通道1，将RMS或AMPL电压除以6得到相应的测量电流。通道2为MAX5969B评估板输入端的测得电流。

结论

对于需要从40W单端口PSE启动和报告后进行实时电流监测的PoE端应用，集成MOSFET和MAX4080高边电流检测放大器的MAX5971A PSE控制器是一种出色的高性价比简单解决方案。这种方法避免了改变48V低边电源轨电阻，并精确测量PD在工作期间使用的实时电流。

审核编辑：郭婷