CN102110980B - 一种防雷保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种防雷保护电路，在本发明实施例中，将共模防护器件部署在PoE电源控制电路的输出端和接口区相连的共用的供电线上或者PoE电源控制电路的输入端和PoE电源相连的供电线上，尽量减少了防护器件的数量，节省了PCB空间和降低了PoE端口的设计成本，同时由于所有的接口区对公共端都连接有防护器件，能够泄放较大的浪涌能量，实现了高规格的防雷保护。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种防雷保护电路。
背景技术
以太网供电(PoE，Power over Ethernet)指的是在现有的以太网Cat.5布线基础架构上，在为一些基于网络之间互连的协议(IP，Internet Protocol)的终端传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流电源的技术，PoE技术用一条通用以太网电缆同时传输以太网信号和直流电源，将电源和数据集成在同一根线缆中传输的，采用PoE技术可以为各种网络终端，如：IP电话、无线接入点、便携设备充电器、刷卡机、摄像头、数据采集设备等提供可靠，集中式的供电电源，网络终端不需外接电源，只接一根网线就可以正常工作，且备份方便。
随着PoE技术的广泛运用，远端供电设备(PSE，Power Source Equipment)如PoE交换机的使用环境也日益复杂，PoE端口信号线常常存在出户、室外架空走线等恶劣情况，其遭受雷击浪涌等过电压的冲击的可能性大大增加，使得PoE端口的防雷保护面临巨大的挑战。
常用的PoE端口防雷保护电路如图1所示，完全依靠PoE电路对公共端(GND，Ground)的绝缘耐压实现PoE端口的共模防护，当浪涌过电压从浪涌侧过来时，由于设备侧链路上从网口一直到POE电源对地都是隔离的(网口和电源处都靠变压器进行隔离)，浪涌电流形成不了回路，从而保证了设备不被损坏。由于在PoE电源、POE电源控制电路、快速以太网(FE，Fast Ethernet)/千兆以太网(GE，Gigabit Ethernet)接口电路等电路中均有器件跨接在PoE电路与GND之间，且这些器件由于受到体积的限制耐压不可能做高，因此在实际应用中，PoE端口的防雷保护能力往往只能够达到2kV，虽然这样的设计成本较低，但这样的防护量级不能很好的保护设备在实际使用中的可靠运行。
另一种现有的PoE端口防雷保护电路如图2所示，图2中给出的是只有一个PoE端口的情况，这种方案采用的是典型的两级防护电路，当浪涌过电压从接口区进来后，通过第一级防护器件RT2，RT3进行共模防护泄放到地，通过第一防护器件RT1进行差模防护，而第二级防护D1，D2，D3进一步嵌位，进一步减少浪涌电压。但是该技术有两个缺点：1、每个端口都要加大量的防护器件，且这些防护器件的封装都很大，当端口很多时，必然需要大量的印制线路板(PCB，Printed Circuit Board)空间，这就与PSE设备向小型化(端口越来越密集，PCB布局布线也越来越紧凑)的方向发展相矛盾，导致这种方案很难在高密的POE端口的PSE设备上得到广泛应用；2、图中网口的(1.2)、(3.6)线没有增加防护器件，靠隔离进行防护，而(4.5)、(7.8)线加了防护器件，当网口感应浪涌过电压以后，(4.5)、(7.8)线的防护器件动作，把浪涌电压拉低，而(1.2)、(3.6)线还处于高压状态，高压和低压之间可能会产生击穿，在防护上也达不到较高的防护量级，不能保证设备在实际使用中的可靠运行。
发明内容
本发明实施例提供了一种防雷保护电路，用于为PoE端口提供防护规格高的防雷保护，同时节省PCB空间和降低PoE端口的设计成本。
本发明实施例提供的防雷保护电路，包括：
防雷保护装置，用于保护PoE端口不受浪涌过电压的破坏，防雷保护装置包括：第一共模防护器件，第二共模防护器件和差模防护器件；
第一共模防护器件连接于第一电源输出线和公共端之间，或，第一共模防护器件连接于第一电源输入线和公共端之间，其中，第一电源输出线是PoE电源控制电路的第一输出端与接口区相连的共用的供电线，第一电源输入线是PoE电源控制电路的第一输入端与PoE电源相连的供电线；
第二共模防护器件连接于第二电源输出线和公共端之间，或，第二共模防护器件连接于第二电源输入线和公共端之间，或，第二共模防护器件连接于第一电源输入线和第二电源输入线之间，其中，第二电源输出线是PoE电源控制电路的第二输出端与接口区相连的供电线，第二电源输入线是PoE电源控制电路的第二输入端与PoE电源相连的供电线；
差模防护器件连接于第一电源输出线和第二电源输出线之间。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例提供的一种防雷保护电路具有以下优点：将共模防护器件部署在PoE电源控制电路的输出端和接口区相连的共用的供电线上或者PoE电源控制电路的输入端和PoE电源相连的供电线上，尽量减少了防护器件的数量，节省了PCB空间和降低了PoE端口的设计成本，同时由于所有的接口区对公共端都连接有防护器件，能够泄放较大的浪涌能量，实现了高规格的防雷保护。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中的一种PoE端口防雷保护电路的示意图；
图2是现有技术中的另一种PoE端口防雷保护电路的示意图；
图3-a是本发明实施例一提供的一种防雷保护电路的示意图；
图3-b是本发明实施例一提供的另一种防雷保护电路的示意图；
图3-c是本发明实施例一提供的另一种防雷保护电路的示意图；
图3-d是本发明实施例一提供的一种防雷保护电路遭受到浪涌过电压时的防雷保护工作原理示意图；
图3-e是本发明实施例一提供的一种防雷保护电路对差模电压的防护工作原理示意图；
图4-a是本发明实施例二提供的一种防雷保护电路的示意图；
图4-b是本发明实施例二提供的另一种防雷保护电路的示意图；
图4-c是本发明实施例二提供的另一种防雷保护电路的示意图；
图4-d是本发明实施例二提供的一种防雷保护电路的工作原理示意图；
图4-e是本发明实施例二提供的一种防雷保护电路的工作原理示意图；
图4-f是本发明实施例二提供的一种防雷保护电路的工作原理示意图；
图4-g是本发明实施例二提供的另一种防雷保护电路的示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种防雷保护电路，用于为PoE端口提供防护规格高的防雷保护，同时节省PCB空间和降低PoE端口的设计成本。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本发明实施例提供的一种防雷保护电路具体包括：防雷保护装置，用于保护PoE端口不受浪涌过电压的破坏，防雷保护装置包括：第一共模防护器件，第二共模防护器件和差模防护器件，第一共模防护器件连接于第一电源输出线和公共端之间，或，第一共模防护器件连接于第一电源输入线和公共端之间，其中，第一电源输出线是PoE电源控制电路的第一输出端与接口区相连的共用的供电线，第一电源输入线是PoE电源控制电路的第一输入端与PoE电源相连的供电线；第二共模防护器件连接于第二电源输出线和公共端之间，其中，第二电源输出线是PoE电源控制电路的第二输出端与接口区相连的供电线；差模防护器件连接于第一电源输出线和第二电源输出线之间。
请参阅图3-a，为本发明中的一种防雷保护电路在实际中的应用，以防雷保护电路中包括两个接口区1#，2#为例，但在实际应用中，并不仅限于两个接口区，也可以包括两个以上的接口区，在此不作限定。如图3-a所示，PoE电源控制电路的第一输出端连接到接口区1#和接口区2#，第一电源输出线+P是共用的，存在一个公共点A，在实际应用中，PoE电源控制电路的其它输出端到接口区1#，接口区2#的电源输出线-P1，-P2也可以是共用的。例如，PoE电源控制电路的回流端(RTN，return)或者-48V，至于RTN还是-48V是共用的，取决于控制POE电源输出的绝缘性场效应管(MOS管，Metal-Oxide-Semiconductor)是在哪个供电线上，最常见的是MOS管在-48V上，那么RTN就是共用的。在共用的供电线上可以只部署一个共模防护器件，即在多个接口区的共用的供电线上只部署一个共模防护器件，达到减少防护器件的的目的。
需要说明的是，在图3-a中，RT2为本发明实施例中的第一共模防护器件，RT2连接在第一电源输出线和公共端之间，RT1和RT3为本发明实施例中的第二共模防护器件，第一共模防护器件RT2还可以连接在第一电源输入线和公共端之间，如图3-b所示。在实际应用中，第一共模防护器件和第二共模防护器件具体可以为压敏电阻，气体放电管，晶闸管(TSS，thyristor)，瞬态抑制二极管(TVS，Transient Voltage Suppressor)或者常用的防护器件及其组合等，在此不作限定。D1，D2为本发明实施例中的差模防护器件，在实际应用中，差模防护器件具体可以为瞬态抑制二极管，也可以是晶闸管，压敏电阻，气体放电管等常用的防护器件及其组合，在此不作限定。
在实际应用中，为了防止电磁干扰，第一电源输出线和第二电源输出线之间还可以连接有滤波器件，如共模电感、磁珠等常用的滤波器件，以在图3-a的基础上增加滤波器件为例进行说明，如图3-c所示，给出了在防雷保护电路中增加滤波器件的示意图。为了提高可靠性，可以在第一电源输出线和/或第二电源输出线上连接过流保护器件，过流保护器件包括：保险管，热敏电阻。
下面将结合图3-a中所示出的防雷保护电路对本发明实施例中的防雷保护电路当遭到浪涌过电压时的防雷保护工作原理进行说明：
当浪涌输入侧感应浪涌过电压时，过电压通过共模防护器件RT1和RT2泄放到地，起到保护后级电路的作用，如图3-d中所示。浪涌一般都是共模电压，但如果线路上有不平衡，就会产生一定的差模电压，本发明实施例中通过差模防护器件D1，D2保证设备在实际中更加可靠的运行，实现差模防护作用，如图3-e中所示。
在本发明实施例中，将共模防护器件部署在PoE电源控制电路的输出端和接口区共用的供电线上或者PoE电源控制电路的输入端和PoE电源的供电线上，在多个接口区共用的一根供电线上只部署一个共模防护器件，相比于现有技术能够减少防护器件的数量，节省了PCB空间和降低了PoE端口的设计成本，同时由于所有的接口区对公共端都连接有防护器件，能够泄放较大的浪涌能量，实现高规格的防雷保护。
需要说明的是，在实施例一中，第二共模防护器件没有说明的其它布局情况将在实施例二中作出介绍，下面请参阅实施例二。
实施例二
本发明实施例提供的一种防雷保护电路具体包括：防雷保护装置，用于保护PoE端口不受浪涌过电压的破坏，防雷保护装置包括：第一共模防护器件，第二共模防护器件和差模防护器件，其中，第一共模防护器件连接于第一电源输入线和公共端之间，或，第一共模防护器件连接于第一电源输出线和公共端之间，第一电源输入线是PoE电源控制电路的第一输入端与PoE电源相连的供电线，第一电源输出线是PoE电源控制电路的第一输出端与接口区相连的共用的供电线；第二共模防护器件连接于第二电源输入线和公共端之间，或，第二共模防护器件连接于第一电源输入线和第二电源输入线之间，第二电源输入线是PoE电源控制电路的第二输入端与PoE电源相连的供电线；差模防护器件连接于第一电源输出线和第二电源输出线之间，第二电源输出线是PoE电源控制电路的第二输出端与接口区相连的供电线。
请参阅图4-a，为本发明中的一种防雷保护电路在实际中的应用，以防雷保护电路中包括接口区1#，2#...N#为例，但是在实际应用中，并不限定接口区的数量。如图4-a所示，PoE电源的输出端为+P和-P，经过POE电源控制电路以后分成N路，其中+P1～+PN和+P是直通的，PoE电源控制电路的第一输入端与PoE电源+P端口通过第一电源输入线相连接，PoE电源控制电路的第二输入端与PoE电源-P端口通过第二电源输入线相连接，PoE电源控制电路的第一电源输出线是第一输出端+P1与接口区1#，第一输出端+P2与接口区2#，第一输出端+PN与接口区N#所共用的一根供电线，在实际应用中，PoE电源控制电路的其它输出端到接口区1#，2#...N#的电源输出线-P1，-P2...-PN也可以是共用的。例如，PoE电源控制电路的RTN或者-48V，至于RTN还是-48V是共用的，取决于控制POE电源输出的MOS管是在哪个供电线上，最常见的是MOS管在-48V上，那么RTN就是共用的。PoE电源控制电路的所有电源输入线和电源输出线共用两个共模防护器件，大大减少了共模防护器件的数量，在图4-a中，只有两个共模防护器件，本发明实施例中的第一共模防护器件就是RT1，本发明实施例中的第二共模防护器件就是RT2，需要说明的是，在实际应用中，第一共模防护器件RT1也可以连接于第一电源输出线和公共端之间，在图4-a的基础上给出如图4-b所示。第二共模防护器件RT2也可以连接于第一电源输入线和第二电源输入线之间，在图4-a的基础上给出如图4-c所示。
在实际应用中，第一共模防护器件和第二共模防护器件具体可以为压敏电阻，气体放电管，晶闸管，TVS管或者常用的防护器件等及其组合，在此不作限定。D1，D2...DN为本发明实施例中的差模防护器件，在实际应用中，差模防护器件具体可以为TVS管，也可以是晶闸管，压敏电阻，气体放电管等常用的防护器件及其组合，在此不作限定。
在实际应用中，为了防止电磁干扰，第一电源输出线和第二电源输出线之间还可以连接有滤波器件，如共模电感、磁珠等常用的滤波器件，具体可以参阅图3-c所示的在防雷保护电路中增加滤波器件的示意图。为了提高可靠性，可以在第一电源输入线和/或第二电源输入线上连接有过流保护器件，过流保护器件包括：保险管，热敏电阻。
下面将结合图4-a中所示出的防雷保护电路对本发明实施例中的防雷保护电路当遭到浪涌过电压时的防雷保护工作原理进行说明：
当使用POE供电时，-48V(+P)上的MOS管处于闭合状态，这时当外界线缆感应正向浪涌时，浪涌能量到达后级的RT1和RT2泄放到地，而起到正向浪涌保护作用，如图4-d所示。当不使用POE供电时，这时-48V上的MOS管是断开的状态，那么如果这时候外界线缆感应正向浪涌电压时，-P1～-PN上的浪涌能量可以分别通过D1到DN疏导到+P1～+PN上，最后通过RT1泄放到地，如图4-e所示。
当不使用POE供电时，-48V上的MOS管可以处于断开状态，这时外界线缆感应负向浪涌脉冲时浪涌能量可以通过MOS管上的体二极管疏导，起到保护MOS管的作用。当使用POE供电时，-48V上的MOS管处于闭合状态，这时浪涌能量通过MOS管泄放，如图4-f所示。由于线对之间的不平衡，+P1和-P1、+P2和-P2、以及-PN和+PN之间线对之间可能产生差模电压，这时候也可以通过D1-DN进行防护。
通过上述对防雷保护电路遭受浪涌过电压时的工作原理的分析可得，无论线缆上感应到了正向还是负向的共模或者差模浪涌，都能够被很好的保护。需要说明的是，差模防护器件D1-DN的击穿电压要求大于POE电源的输出最大电压，避免正常工作时被击穿，而其钳位电压则应越低越好。
需要说明的是，本发明实施例中的防雷保护电路还可以包括PoE电源控制电路，如图4-a或图4-b或图4-c中所示，为了进一步提高防护性能，可以在PoE电源控制电路中的MOS管两端并接一个防护器件，如肖特基二极管或者TVS管，晶闸管，气体放电管，压敏电阻或者业界常用的保护器件等及其组合，如图4-g所示，为单向保护器件D11-DNN并联在MOS管的两端。
在本发明实施例中，将共模防护器件部署在PoE电源控制电路的输入端和PoE电源相连的供电线上或者在PoE电源控制电路的输出端和接口区共用的供电线上，由于整个防雷保护电路只在PoE电源控制电路的两个输入端分别部署了一个共模防护器件，与现有技术相比，大大减少了防护器件的数量，节省了PCB空间和降低了PoE端口的设计成本，同时，由于所有的接口区对公共端都连接有防护器件，能够泄放较大的浪涌能量，实现高规格的防雷保护。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等。
以上对本发明实施例提供的一种防雷保护电路进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种防雷保护电路，其特征在于，包括：防雷保护装置，用于保护以太网供电PoE端口不受浪涌过电压的破坏，
所述防雷保护装置包括：第一共模防护器件，第二共模防护器件和差模防护器件；
所述第一共模防护器件连接于第一电源输出线和公共端之间，或，所述第一共模防护器件连接于第一电源输入线和公共端之间，其中，所述第一电源输出线是PoE电源控制电路的第一输出端与至少两个接口区相连的共用的供电线，所述第一电源输入线是PoE电源控制电路的第一输入端与PoE电源相连的供电线；
所述第二共模防护器件连接于第二电源输出线和公共端之间，或，所述第二共模防护器件连接于第二电源输入线和公共端之间，或，所述第二共模防护器件连接于所述第一电源输入线和所述第二电源输入线之间，其中，所述第二电源输出线是PoE电源控制电路的第二输出端与接口区相连的供电线，所述第二电源输入线是PoE电源控制电路的第二输入端与PoE电源相连的供电线；
所述差模防护器件连接于所述第一电源输出线和所述第二电源输出线之间。
2.根据权利要求1所述的防雷保护电路，其特征在于，所述第一电源输出线和所述第二电源输出线之间连接有滤波器件。
3.根据权利要求1所述的防雷保护电路，其特征在于，所述第一电源输出线和/或所述第二电源输出线上连接有过流保护器件。
4.根据权利要求1所述的防雷保护电路，其特征在于，所述第一共模防护器件包括：压敏电阻，气体放电管，晶闸管，瞬态抑制二极管TVS；
所述第二共模防护器件包括：压敏电阻，气体放电管，晶闸管，TVS。
5.根据权利要求1所述的防雷保护电路，其特征在于，所述差模防护器件包括：瞬态抑制二极管TVS，晶闸管，压敏电阻，气体放电管。
6.根据权利要求2所述的防雷保护电路，其特征在于，所述滤波器件包括：共模电感、磁珠。
7.根据权利要求3所述的防雷保护电路，其特征在于，所述过流保护器件包括：保险管，热敏电阻。
8.根据权利要求1所述的防雷保护电路，其特征在于，还包括：PoE电源控制电路。
9.根据权利要求8所述的防雷保护电路，其特征在于，所述PoE电源控制电路中的绝缘性场效应管的两端并联有保护器件。
10.根据权利要求9所述的防雷保护电路，其特征在于，所述保护器件包括：肖特基二极管，瞬态抑制二极管TVS，晶闸管，气体放电管，压敏电阻。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: No. 2 Metro Avenue Songshan Lake Science and Technology Industrial Park 523808 Guangdong city of Dongguan Province Applicant after: Huawei Machine Co.,Ltd. Address before: No. 2 Metro Avenue Songshan Lake Science and Technology Industrial Park 523808 Guangdong city of Dongguan Province Applicant before: Juxin Technology Co., Ltd. |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: JUXIN TECHNOLOGY CO., LTD. TO: HUAWEI MACHINE CO., LTD. |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |