CN102957137A - 以太网过流过压防护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以太网过流过压防护装置，用于防护由于雷击、静电高压等原因造成的通信设备受损，该装置包括初级防护单元、次级防护单元和隔离保护耦合单元，所述初级防护单元用来对初级电压做差模和共模防护，次级防护单元用来对次级电压做差模防护，隔离保护耦合单元用来做初级防护单元和次级防护单元的隔离、延迟，同时还对信号进行耦合并实现信号的增强。本发明的以太网过流过压防护装置能够在6KV的雷击下，对通信设备做差模和共模的防护，确保设备能够正常运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种以太网过压过流防护装置，特别是涉及一种通信网络装置的过流过压防护装置。
背景技术
随着通讯技术、计算机网络技术的飞速发展，计算机和网络越来越深入人们的生活和工作中，同时也预示着数字化、信息化时代的来临。这些微电子网络设备的普遍应用，使得过流过压的防护问题显得越来越重要。过流过压的产生原因很多，主要有直击雷、雷电电磁脉冲、电力系统不稳定、静电放电、电磁辐射等，由于微电子设备具有高密度、高速度、低电压和低功耗等特性，这就使其对以上原因产生的电磁干扰非常敏感，甚至会对相关设备产生不可逆转的破坏。
根据IEEE802-3 Ethernet标准列出的四种危害局域网组件和供电网络的主要原因有：1、局域网组件和供电网络受雷电的影响。2、局域网的连接和组件上积累的静电荷。3、从其它网络耦合到本地网络电缆系统的过电压。4、各网络组件所联接的安全零点位之间的电位差。企业网络管理人员做好足够的防护措施，就会大大减少因过流过压造成的危害，给企业减少不必要的经济损失。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了提高交换机、路由器等网络设备工作的稳定性，避免因雷击、静电放电等原因形成的过流过压对设备造成不必要的破坏，提供一种以太网过流过压防护装置。该发明的具体方案如下：
一种以太网过流过压防护装置，其中设有用于与以太网连接的输入侧正、负发射端口及输入侧正、负接收端口，还设有用于与网络设备连接的设备侧正、负发射端口及设备侧正、负接收端口，所述以太网过流过压防护装置各输入侧端口与相应设备侧端口间至少包括两级防护单元：初级防护单元和次级防护单元，所述两级防护单元间还设有隔离保护耦合单元；所述初级防护单元的动作电压高于所述次级防护单元的动作电压。
较佳地，所述初级防护单元主要由气体放电管组成，所述次级防护单元由硅保护二极管和快恢复二极管组成。
较佳地，所述气体放电管为两极气体放电管或三极气体放电管，所述硅保护二极管为TVS管或TSS管。
较佳地，所述次级防护单元包括四个用于实现差模过压保护的硅保护二级管，其中每一个硅保护二极管正、负极与两个快恢复二极管反向串联后分别连接所述设备侧正、负发送端口和所述设备侧正、负接受端口之间。
较佳地，所述隔离保护耦合单元由网络变压器组成。
本发明的积极进步效果在于：
以太网过流过压防护装置能够能够在6KV的雷击下，对通信设备做差模和共模的防护，确保设备能够正常运行。其中，初级防护单元对初级电压做差模和共模抑制，次级防护单元次级电压做差模抑制，隔离防护耦合单元不仅负责传输数据，同时其通过电磁场的转换耦合到不同电平的连接网线的另外一端，实现了初级防护单元和次级防护单元的隔离和信号延迟，使得初级防护单元会先对设备进行防护，进而实现保护设备的目的，而且，隔离防护耦合单元把差分信号用差模耦合的线圈耦合滤波，实现了对信号的增强作用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
图1为本发明整体设计原理图。
图2为本发明与以太网连接的输入侧电路原理图。
图3为本发明初级防护单元的电路原理图。
图4为本发明隔离保护耦合单元电路原理图。
图5为本发明次级防护单元的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
本实施例中所述以太网过流过压防护装置用于初级防护单元和次级防护单元，分别对初级电压和次级电压做电压抑制，用于网络交换机的上联接口防护。
如图1所示，本实施例用于网络交换机的上联接口，以太网过流过压防护装置包括初级防护单元、隔离保护耦合单元和次级防护单元。初级防护单元对初级电压做差模和共模抑制，次级防护单元对次级电压做差模抑制。如图2所示，图中以太网接口对应以太网过流过压防护装置输入侧，本实施例中以太网接口采用RJ45接头并使用了其四个端口，该四个端口分别对应输入侧的正、负发射信号端口TX01N+、TX01N-，正、负接受信号端口RX01N+、RX01N-，其余端口接地。
如图3所示，初级防护单元由6个二级气体放电管RV1、RV2、RV3、RV4、RV5、RV6组成初级防护电路，对共模线路和差模线路做抑制。采用气体放电管作为过流过压防护的初级单元，主要是因为气体放电管本身保护额定浪涌电流高，电容非常低，将由雷电、高压静电产生的过流过压可通过气体放电管得到泄放。本实施例中采用的是WAYON的气体放电管，型号GDTN3RD5-90。它可用于瞬间过电压防浪涌，其高阻抗、低极间电容和高耐冲击电流，在浪涌波形8/20uS的条件下，通容量达到10KA，是其它放电管所不具备的。当线路有瞬时过电压窜入时，放电管被击穿，阻抗迅速下降，几乎是短路状态。放电管将大电流通过线路接地或回路泄放，也将电压限制在低电位，从而保护了线路及设备。当过电压浪涌消失后，又迅速的恢复到≥10GΩ的高阻状态，保证线路的正常工作，从而达到初级防护的目的。
如图4所示，初级防护单元和次级防护单元间为隔离保护耦合单元，隔离保护耦合单元不仅起到信号的传递，同时能促进两级防护电路间的特性配合。本实施例中，隔离保护耦合单元采用的是网络变压器，网络变压器主要应用的是PULSE的H1102，它主要有信号传输、阻抗匹配、波形修复、信号延迟、信号杂波抑制和高电压隔离等作用，通过H1102把初级防护单元释放的浪涌信号作为初级防护单元和次级防护单元的隔离和信号延迟，使得初级防护单元中的气体放电管先进行防护，进而次级防护单元中的硅保护二极管再将剩余电压钳位到一较低水平，从而达到保护设备的目的。此外隔离保护耦合单元把网络设备送出来的差分信号用差模耦合的线圈耦合滤波以增强信号，并且通过电磁场的转换耦合到不同电平的连接网线的另外一端。
如图5所示，次级防护单元是由TVS管和快恢复二极管组成，对差模线路做抑制。其中，TVS管进行电压嵌位，通过气体放电管后的残压被TVS管钳位到一个较低的电压值，实现对次级电路的保护。由于现有的通流量较大的TVS管的结电容也相对较大，直接作用于保护电路中会影响信号的传输质量，因此，本实施例中每个TVS管正、负极与两个快恢复二极管反向串联后分别连接所述设备侧正、负发送端口和所述设备侧正、负接受端口之间。采用两个快恢复二极管分别在正负极与之串联，很大程度地降低了跨接在正负信号线间的电容值，进而保证信号传输质量。本实施例主要应用的是SEMTECH的SLVU2.8-4，它的特点是节电容低，具有一定的通流容量最大承受24A(8/20μs)冲击电流，能够满足500V的浪涌测试要求；封装小，在冲击电流作用下残压最大不超过15V，能够保证网口的安全。图中PHY TX0+、PHY TX0-、PHY RX0+、PHY RX0-即设备侧的正、负发射端口，正、负接收端口，四个接口分别对应网络设备的相应端口，本实施例中的网络设备为交换机。
本发明还可用于WLAN设备的以太网供电接口防护，通过对差模线路和共模线路的抑制，进而保护WLAN设备，WLAN设备主要为构成WLAN系统的天线、无线AP、交换机、服务器等设备。
此外，本发明不限于以上实施例，还可以有多种实施方式：
1、每个硅保护二极管支路可串联更多的快恢复二极管，这样可进一步减小正负信号线间的电容值，进而提高信号传输质量，或改变二极管的串联顺序，将快恢复二极管同时放在硅保护二极管的同一侧。
2、也可仅采用两个硅保护二极管正端背靠背相连，再接入正负信号线之间，此时，因两个硅保护二极管的电容相互串联，同样可减少正负信号线间的电容值。
3、上述实施例一中，初级防护单元采用6个二级气体放电管组成，此结构可改为两个三级气体放电管，同样可实现对差模或共模的过压保护。
4、以太网过流过压防护装置，不仅仅限于两级保护，可以延展为三级或更多级保护等，多级保护会使电路的中较敏感的器件得到更好的保护。
本实例只是对本发明的一个具体应用，用于说明本发明，并不限制本发明。在本领域中可以按照发明对实施方式做各种修改而不背离本发明的实质范围。本发明具体范围由本发明权利要求来限定。虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种以太网过流过压防护装置，其中设有用于与以太网连接的输入侧正、负发射端口及输入侧正、负接收端口，还设有用于与网络设备连接的设备侧正、负发射端口及设备侧正、负接收端口，其特征在于：
所述以太网过流过压防护装置各输入侧端口与相应设备侧端口间至少包括两级防护单元：初级防护单元和次级防护单元，所述两级防护单元间还设有隔离保护耦合单元；所述初级防护单元的动作电压高于所述次级防护单元的动作电压。
2.如权利要求1所述的以太网过流过压防护装置，其特征在于，所述初级防护单元主要由气体放电管组成，所述次级防护单元由硅保护二极管和快恢复二极管组成。
3.如权利要求2所述的以太网过流过压防护装置，其特征在于，所述气体放电管为两极气体放电管或三极气体放电管，所述硅保护二极管为TVS管或TSS管。
4.如权利要求2所述的以太网过流过压防护装置，其特征在于所述次级防护单元包括四个用于实现差模过压保护的硅保护二级管，其中每一个硅保护二极管正、负极与两个快恢复二极管反向串联后分别连接所述设备侧正、负发送端口和所述设备侧正、负接收端口之间。
5.如权利要求1至4中任一项所述的以太网过流过压防护装置，其特征在于，所述隔离保护耦合单元由网络变压器组成。
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