導(dǎo)言:以太網(wǎng)供電(Power over Ethernet,PoE)系統(tǒng)不需要對連接的設(shè)備使用電源和電纜,而且不需要將設(shè)備定位在交流電源插座附近,因此正逐漸變得日益流行。 近年來的發(fā)展使PoE 能夠提供高達 30W 的電源(即 PoE+),這反過來增加了潛在應(yīng)用的數(shù)量。 現(xiàn)在,以太網(wǎng)能夠為 VoIP(互聯(lián)網(wǎng)語音協(xié)議)電話設(shè)備、擴展的無線接入點和監(jiān)視攝像頭提供充分的電源。
雖然更高功率水平已證明對許多設(shè)計人員是一種福音,但它們還使用戶能夠?qū)⑦@些設(shè)備移到室外,或者移入使設(shè)備遭受雷擊、ESD 放電和意外電源故障的其他環(huán)境。 因此,提供合適的電路保護非常重要。
TVS 二極管提供雷電保護
選擇適合特定設(shè)備的雷電保護取決于設(shè)備遭受雷擊的方式。 對于室內(nèi)嚴重程度低的應(yīng)用,可以在二級位置和三級位置中 RJ-45 和以太網(wǎng) PHY(物理)層之間使用瞬態(tài)電壓抑制器 (TVS) 二極管陣列。 (參見圖 1.)
雷擊引起的電涌事件在幾納秒內(nèi)激活 TVS 二極管陣列TVS1,提供鉗位功能,將突如其來的電涌引離敏感的以太網(wǎng)線路驅(qū)動器電路。 TVS2 將通過變壓器耦合的所有殘余電涌鉗位。 對于更穩(wěn)健的方法,可以為每個線對使用 TVS二極管陣列;否則,一個 TVS 陣列可以保護兩個線對,如同 TVS2 那樣。 涉及長期 50- 和 60-Hz 波形的電源故障事件,在 TVS 設(shè)備提供電流路徑之后,激活 1.25A 保險絲 F1至 F4。
供電設(shè)備保護
在供電設(shè)備 (PD) 端,必須能夠防止 57 - 90 V 電涌,前提是一切電涌難以超過 100V。 電涌保護設(shè)備的觸發(fā)電壓應(yīng)大于可能在電纜上出現(xiàn)的任何穩(wěn)定狀態(tài)的電壓。 PoE 電壓可以達到 57 V,因此,設(shè)備不得在此電壓或低于此電壓時觸發(fā)。
這種方法還可以防止電涌保護器在電源分類測試或阻性電源恢復(fù)測試期間打開。 而且,某些電源系統(tǒng)提供 48 V 電壓,而其他一些電源系統(tǒng)提供的電壓為 -48 V,因此保護設(shè)備不得區(qū)分極性。 在此情況下,設(shè)計人員通常采用雙向半導(dǎo)體晶閘管電涌保護設(shè)備。 (參見圖 2.) 固態(tài)消弧設(shè)備僅在可用電流低于指定的保持電流時重置。 這種設(shè)置不是問題,因為它可以從供應(yīng)電源的設(shè)備 (PSE) 吸收過多的電流,在過流情況下暫時關(guān)機,使半導(dǎo)體晶閘管電涌保護器重置。
數(shù)據(jù)對導(dǎo)線中的保險絲提供必要的過流保護,對一級 GR-1089 事件的雷擊引起的過壓電涌不敏感。 雙向半導(dǎo)體晶閘管電涌保護設(shè)備 IC1 至 IC4 或 SIDACtor設(shè)備(參見圖3.)提供過壓消弧保護方法,根據(jù) GR-1089 第 6 版,這種方法符合一級和二級雷擊電涌。
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IC1 至 IC4 的兩根偏置導(dǎo)線連接到小于保護設(shè)備打開閾值電壓的所有可用電壓桿,使關(guān)閉狀態(tài)的電容保持穩(wěn)定,并幫助保持信號完整性。 對于 48 V PoE,雙向半導(dǎo)體晶閘管電涌保護設(shè)備 IC1 至 IC4 可以具有 58 V 的最小閾值。PoE 電壓高于 57 V 的不合規(guī) IEEE 802.3 系統(tǒng)需要具有更高最小閾值的保護設(shè)備。
三級或芯片側(cè)方法是一個 TVS 二極管軌鉗位陣列,即TVS3,它可以在耦合變壓器之后提供額外的保護。 BobSmith 終端是一種減少數(shù)據(jù)對以一致的方法相互關(guān)聯(lián)的多對導(dǎo)體系統(tǒng)上縱向或共模電流的方法。如果使用Bob Smith終端,您應(yīng)對終端進行電容隔離,從而使它們不會承載PoE 電源。 這種組合式金屬/微分和縱向/共模保護方法需要在傳輸對和接收對的導(dǎo)線上安裝保險絲。
不采用縱向模式的方法可能只要求一個數(shù)據(jù)對安裝一根保險絲,適用于較低數(shù)據(jù)速率的以太網(wǎng),例如 10BaseT。 對于 100 和 1000BaseT 系統(tǒng),謹慎起見,將相同的保險絲組件置于數(shù)據(jù)對的兩個引腳中,以保護回路平衡。
如果保護性半導(dǎo)體晶閘管設(shè)備的引腳 3 和 6 沒有連接到地線,而是對 10BaseT 以太網(wǎng)系統(tǒng)保持開路,則可以采用單保險絲的方法。 由于 IEEE 802.3 出于電纜放電事件原因并不嚴格允許對耦合變壓器的主側(cè)采取共模保護,半導(dǎo)體晶閘管電涌保護設(shè)備通常不連接到地線。 因此,大部分以太網(wǎng)方法取決于用于線端上縱向/共模保護的耦合變壓器的隔離電壓,而耦合變壓器的次要側(cè)上的三級位置可以連接到以太網(wǎng)線路驅(qū)動器的接地基準。
TVS3 是一種 2.5V TVS 二極管陣列,它在耦合變壓器的芯片側(cè)提供三級保護。 這種方法符合 GR 1089Core 第 6版的電涌和電源故障要求,適用于建筑物內(nèi)和建筑物間PoE。 您可以使用 0.3 A PTC 設(shè)備取代保險絲,以符合ITU K.20/21(增強和基本)要求,其中包含 10BaseT 以太網(wǎng)的協(xié)調(diào)條款。
但是,對于 100 和 1000BaseT,您可以使用一對相應(yīng)大小、精密度百分之一的電阻來促進次要保護器和主要保護器之間的協(xié)調(diào)。
圖 4 顯示的是符合系統(tǒng) PD 端的模式 A 和模式 B PoE 電源的 400W TVS 方法。 對于更惡劣的電涌環(huán)境(例如監(jiān)管標準 ITU K.20 增強或 GR-1089 端口類型 5 描述的環(huán)境),也可以采用更穩(wěn)健的 1500 和 3000W 方法。
隨著 PoE 系統(tǒng)提供的電源逐漸增加,開發(fā)人員不斷在危險性更高(從雷擊引起的過壓和 50 至 60 Hz 電源線路故障)的區(qū)域中安裝以太網(wǎng)設(shè)備。 合理地使用雙向電涌保護設(shè)備、TVS 二極管、保險絲和 PTC 設(shè)備可以幫助確保設(shè)備在這些危險環(huán)境中可靠工作。
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