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(dòng)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(cè)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(cè)放大器和電流檢測(cè)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(dòng)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(dòng)和正常工作期間具有電流折返特性,內(nèi)部檢測(cè)電阻用于監(jiān)測(cè)連續(xù)過(guò)流和短路情況。MAX5971A關(guān)斷端口以產(chǎn)生持續(xù)過(guò)應(yīng)力。但是,沒(méi)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(cè)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(cè)放大器,PSE高邊電源路徑上采用電流檢測(cè)電阻。
電流檢測(cè)方法
MAX5971A內(nèi)部MOSFET典型值為PSE,連接和斷開(kāi)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(cè)放大器,可實(shí)現(xiàn)電流監(jiān)測(cè),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(duì)于 PoE 應(yīng)用,這需要在高端放置一個(gè)電流檢測(cè)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(hào);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(cè)不會(huì)干擾被測(cè)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(cè)。
系統(tǒng)和以太網(wǎng)電纜傳輸電阻
通常選擇電流檢測(cè)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(lái)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(duì)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(duì)。
請(qǐng)參閱下面的圖 1,其中詳細(xì)介紹了使用 2 對(duì) 4 根以太網(wǎng)線的以太網(wǎng)線和 PoE 電源對(duì)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(duì)環(huán)路電阻為12.5Ω(6.25Ω + 6.25Ω)。參見(jiàn)圖1。
MAX5971A的內(nèi)部MOSFET開(kāi)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(lái)看,檢流電阻應(yīng)明顯小于這些值,并且不會(huì)對(duì)整體布線和系統(tǒng)電阻增加太多。
從電流檢測(cè)電阻的角度來(lái)看,較高的電阻值允許精確測(cè)量較低的電流。此外,檢測(cè)電阻I2高電流下的R損耗會(huì)變得很大,增加電阻溫度并引入測(cè)量漂移。
選擇高端檢測(cè)電阻需要平衡功率損耗限制、精度和引入溫度的漂移。對(duì)于本應(yīng)用,檢測(cè)電阻選擇在MAX5971A MOSFET典型電阻的20%以下;因此選擇0.100Ω檢測(cè)值。MAX4080提供模擬電壓輸出,與流過(guò)高端檢測(cè)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(qǐng)所需的是:
AV = VOUT/VSENSE = 6V/0.100V = 60V/V
其中 V意義是滿量程檢測(cè)電壓(1A × 0.100Ω)和AV要求MAX4080增益為60V/V。
檢測(cè)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(cè)電阻值。
PSE 和電流檢測(cè)配置以及 PD 連接
MAX5971A評(píng)估板配置為中跨工作,控制器的過(guò)流門限和電流限值配置為所需的0-4類功率電平工作。
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 |
參考MAX5971A評(píng)估板數(shù)據(jù)資料第5頁(yè)以及表4和表5,跳線JU4和電阻R5-R8配置為評(píng)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(cè)(MAX5971A評(píng)估板的GND)。
使用16號(hào)線連接MAX5971A PSE評(píng)估板VEE 2孔焊盤至MAX4080評(píng)估板GND 2孔焊盤。另一根16號(hào)線用于將MAX5971A PSE評(píng)估板GND 2孔焊盤連接到MAX4080評(píng)估板V抄送2孔墊。
去掉MAX4080評(píng)估板上的檢測(cè)電阻R1,將24號(hào)雙絞線焊接到MAX4080和MAX5971A評(píng)估板上,如下所示。24號(hào)雙絞線的一條紅線連接到MAX5971A PSE評(píng)估板電阻R7 GND側(cè),紅線的另一端連接到MAX4080評(píng)估板VSENSE+ 2孔墊。#24規(guī)格雙絞線的黑線連接到MAX5971A PSE評(píng)估板電阻R7 VC3側(cè),黑線的另一端連接到MAX4080評(píng)估板V意義-2孔墊。評(píng)估板的兩個(gè)連接見(jiàn)圖2。
圖2.MAX5971A和MAX4080評(píng)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(píng)估板22W高功率PD上的RJ45輸入端口。評(píng)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(cè)試數(shù)據(jù)。。測(cè)試數(shù)據(jù)演示了MAX4080在不同功率和電壓電平下的電流測(cè)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(cè)量值密切相關(guān),差異是由PD DC-DC轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)和電源電流(7mA-10mA)引起的。
接下來(lái)在PSE輸入電壓為48V時(shí)進(jìn)行瞬態(tài)負(fù)載測(cè)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(duì) 1 暴露在外以測(cè)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(cè)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(cè)試數(shù)據(jù),頻率為20Hz,占空比為10%,20%和50%。通道1是MAX4080評(píng)估板V外信號(hào)和通道2為以太網(wǎng)電纜(藍(lán)/白,對(duì)1)測(cè)量的電流,饋入MAX5969B評(píng)估板輸入。對(duì)于通道1,將RMS或AMPL電壓除以6得到相應(yīng)的測(cè)量電流。通道2為MAX5969B評(píng)估板輸入端的測(cè)得電流。
結(jié)論
對(duì)于需要從40W單端口PSE啟動(dòng)和報(bào)告后進(jìn)行實(shí)時(shí)電流監(jiān)測(cè)的PoE端應(yīng)用,集成MOSFET和MAX4080高邊電流檢測(cè)放大器的MAX5971A PSE控制器是一種出色的高性價(jià)比簡(jiǎn)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(cè)量PD在工作期間使用的實(shí)時(shí)電流。
審核編輯:郭婷
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