CN107800122A - 一种网口防浪涌电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种网口防浪涌电路，应用于通信终端，通信终端包括网络接口、网卡芯片及连接于网络接口与网卡芯片之间的网络变压器；网口防浪涌电路包括设置在网线接口与网络变压器之间的一级保护电路；及设置在网络网络变压器与网卡芯片之间的二级保护电路。通过本发明可以有效泄放浪涌电流，吸收浪涌能量，提升了整体的防浪涌等级，从而有效保护了网卡芯片等电子元器件，使其不会因浪涌电流受损。

Description

一种网口防浪涌电路
技术领域
本发明涉及防浪涌技术领域，尤其涉及一种网口防浪涌电路。
背景技术
浪涌电流主要指的是电源或通讯线在传输或刚开通的进程中产生一瞬息产生的强力脉冲电流的现象，这种瞬间的浪涌电流持续时间短，但电流强度很高，能达到1000～10000A，由于超高的电流很可能使电路元器件在浪涌的一瞬间烧坏，从而造成设备的损坏。
在实际的通信应用中，网线接口(也称RJ45)容易受到雷击和感应雷击的作用导致浪涌的产生，严重导致网口通信失效，因而网口防雷十分重要。
现有技术中一般只做了前端的浪涌防护，这种做法对浪涌的防护不高，浪涌电流通过网络变压器线圈感应的方式仍然可以将大浪涌电路传到PHY芯片这一端。
发明内容
本发明提供一种网口防浪涌电路，用以解决现有技术中浪涌防护不高，仍然容易损伤网卡芯片的技术问题。
本发明公开了一种网口防浪涌电路，应用于通信终端，所述通信终端包括网络接口、网卡芯片及连接于所述网络接口与所述网卡芯片之间的网络变压器；所述网口防浪涌电路包括设置在所述网线接口与所述网络变压器之间的一级保护电路；及设置在所述网络网络变压器与网卡芯片之间的二级保护电路。
优选的，所述网络接口为RJ45接口；所述RJ45接口通过两根发送信号线、两根接收信号线与所述网络变压器的初级线圈电连接；所述网络变压器的次级线圈通过两根发送信号线，两根接收信号线与所述网卡芯片电连接。
优选的，所述一级保护电路包括由一级电阻和一级电容串联构成的RC泄放电路，所述RC泄放电路的一端与所述网络变压器的初级线圈的两个中心抽头电连接，所述RC泄放电路的另一端接地。
优选的，所述一级保护电路还包括陶瓷气体放电管，所述陶瓷气体放电管的一端与所述网络变压器的两个中心抽头电连接，所述陶瓷气体放电管的另一端接地。
优选的，所述二级保护电路包括四个二级电阻，所述网络变压器的次级线圈与所述网卡芯片连接的两根发送信号线上分别串接一个二级电阻，所述网络变压器的次级线圈与所述网卡芯片连接的两根发送信号线上分别串接一个二级电阻。
优选的，所述二级电阻的阻值在1-5欧姆之间。
优选的，所述网口防浪涌电路还包括设置于所述网络变压器与所述网口芯片之间的三级保护电路。
优选的，所述三级保护电路包括两个TVS管；所述网络变压器的次级线圈与所述网卡芯片连接的两根发送信号线之间并接一个TVS管；所述网络变压器的次级线圈与所述网卡芯片连接的两根接收信号线之间并接一个TVS管。
优选的，所述TVS管型号为ESD03V32D-LC。
优选的，所述陶瓷气体放电管型号为UN1206-200ASMD或UN1812-90CSMD。
本发明通过在网络变压器前端和网络变压器后端分别施加了保护电路，形成两级浪涌防护，从而可以有效泄放浪涌电流，吸收浪涌能量，提升了整体的防浪涌等级，从而有效保护了网卡芯片等电子元器件，使其不会因浪涌电流受损。
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要介绍，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，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种网口防浪涌电路的实施例的结构框图；
图2为本发明一种网口防浪涌电路的另一实施例的电路图；
图3为浪涌波形图；
图4为本发明一种网口防浪涌电路的另一实施例的电路图；
图5为本发明本发明一种网口防浪涌电路的另一实施例的结构框图；
图6为本发明一种网口防浪涌电路的另一实施例的电路图。
附图标记：
110--网络接口；120--网络变压器；130--网卡芯片；210--一级保护电路；220--二级保护电路；130--三级保护电路。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种网口防浪涌电路，应用于通信终端，如图1所示，所述通信终端包括网络接口110、网卡芯片130及连接于所述网络接口110与所述网卡芯片130之间的网络变压器120；所述网口防浪涌电路包括设置在所述网线接口110与所述网络变压器120之间的一级保护电路210；及设置在所述网络网络变压器120与网卡芯片130之间的二级保护电路220。
在网络变压器的前端和后端分别设置浪涌保护电路，从而可以抑制浪涌电流，避免对后端的电子元器件造成损伤。
较佳的，所述网络接口为RJ45接口；所述RJ45接口通过两根发送信号线、两根接收信号线与所述网络变压器的初级线圈电连接；所述网络变压器的次级线圈通过两根发送信号线，两根接收信号线与所述网卡芯片电连接。
RJ45接口是常用的以太网接口，支持10兆和100兆自适应的网络连接速度。RJ45有八个pin脚，其中，第1个pin脚为TX+(发信号+)；第2个pin脚为TX-(发信号-)；第3个pin脚为RX+(收信号+)；第6个pin脚为RX-(收信号-)。
本发明的另一实施例，在上述实施例基础上，如图2所示，所述一级保护电路包括由一级电阻R0和一级电容C串联构成的RC泄放电路，所述RC泄放电路的一端与所述网络变压器的初级线圈的两个中心抽头电连接，所述RC泄放电路的另一端接地。所述二级保护电路包括四个二级电阻R1，所述网络变压器的次级线圈与所述网卡芯片连接的两根发送信号线上分别串接一个二级电阻R1，所述网络变压器的次级线圈与所述网卡芯片连接的两根发送信号线上分别串接一个二级电阻R1。
正常的工作情况下，一级保护电路的元件在电路中呈高阻状态，一级保护电路和二级保护电路的元件在整个防浪涌保护电路不会影响电路的正常工作；当电源端口出现因雷击或开关瞬间插拔产生的浪涌时，一级保护电路将迅速响应对电路中的浪涌进行泄放。浪涌电流大部分在一级保护电路被泄放后可能还存有部分在变压器后端。那么二级保护电路是如何防浪涌保护的呢，具体如下：
浪涌电流一般是一种持续时间很短的电流脉冲，其波形如图3所示，峰值电流可达250A或更高，持续时间通常在us或ns级。本实施例以持续时间5us说明。
由于浪涌电流持续时间短，所以它的总能量是一个定值，暂定为P1，当这个浪涌电流流过图2中的二级电阻R1时，在二级电阻R1上将会消耗一定的能量，我们将这个消耗的能量定为Pr，那么浪涌能量经过电阻流到PHY芯片后的能量就是P1-Pr，我们暂定PHY芯片端接收到的浪涌能量为P2，即P2＝P1-Pr。
我们再看二级电阻上的损耗能量，由功率与阻值和电流关系的公式P＝I2*R，消耗的功率与电阻的阻值成正比，那么消耗的能量理论值为：Pr＝P*t，即：Pr＝I2*R*t。
实际的消耗能量应为如下公式：
由上式可知Pr的大小与二级电阻及电流大小成正比，由于电流I较大，同时二级电阻阻值为2ohm，相对于传输线的阻值几mΩ来说已经是比较大的，所以式中I*I*R的乘积较大，尽管持续时间短，但Pr对浪涌总量的消耗是占一定的比例的，此处的Pr值无法精确计算，按照实际的经验大约能耗去总能量的1/2。我们按照能量守恒定的规律，浪涌能量经过电阻R后能量减少了一半，其到达后端PHY芯片(即网卡芯片)的能量也就只剩下了一半，所以到达PHY芯片的浪涌电流就不会达到刚开始时250A那么高了，这样就有效地保护了芯片受损。
本实施例中，一级保护电路泄放了大部分网络接口输入的浪涌电流，即使有一部分浪涌电流进入到了后端，也可以通过二级保护电路进行吸收，从而使得流入网卡芯片的浪涌电流很大程度的降低了，保护了芯片受损。
本发明的另一实施例，如图4所示，在上述实施例的基础上，所述一级保护电路还包括陶瓷气体放电管GDT，所述陶瓷气体放电管GDT的一端与所述网络变压器的两个中心抽头电连接，所述陶瓷气体放电管GDT的另一端接地。较佳的，所述陶瓷气体放电管型号为UN1206-200ASMD或UN1812-90CSMD。
本实施例在一级保护电路中增加了与RC泄放电路并联的陶瓷气体放电管GDT，陶瓷气体放电管GDT在网络变压器前端做共模浪涌防护，从而进一步增强防浪涌功能。
较佳的，上述任一实施例中的二级电阻的阻值在1-5欧姆之间。由功率与阻值和电流关系的公式P＝I2*R，消耗的功率与电阻的阻值成正比，在一个回路中，阻值越大的地方吸收到功耗就越大。由于浪涌电流是瞬时的大电流，持续时间只有几十ns，所以它的能量有限。本方案在芯片与网络变压器的传输线上加入串联的小电阻，从面不会影响信号传输。故而较佳的一般选用的二级电阻在1-5欧姆之间。比如，选用阻值2ohm的电阻作为二级电阻，由于2ohm电阻值较小对传输线的阻抗影响很小，同时，2ohm的电阻比传输线电阻要大，因而根据上述公式，它可吸收部分能量降低浪涌电流的大小，从而使PHY芯片端pin脚接到的浪涌电流很大程度的降低，保护了芯片受损。
本发明的另一实施例，如图5所示，在上述任一实施例的基础上增加了设置于所述网络变压器120与所述网口芯片130之间的三级保护电路230。
具体的，如图6所示，所述三级保护电路包括两个TVS管；所述网络变压器的次级线圈与所述网卡芯片连接的两根发送信号线之间并接一个TVS管；所述网络变压器的次级线圈与所述网卡芯片连接的两根接收信号线之间并接一个TVS管。较佳的，上述TVS管型号为ESD03V32D-LC。
由于需要考虑到雷击浪涌以及陶瓷放电管一级防护之后的残压，因此一般会选择结电容低、反应时间快，兼顾防护静电功能的TVS管吸收差模能量。
通过本发明的网口防浪涌电路，可以提升整体的防浪涌等级，更好的保护电子产品芯片，避免遭受浪涌电流的损伤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种网口防浪涌电路，应用于通信终端，所述通信终端包括网络接口、网卡芯片及连接于所述网络接口与所述网卡芯片之间的网络变压器；其特征在于，所述网口防浪涌电路包括设置在所述网线接口与所述网络变压器之间的一级保护电路；及设置在所述网络网络变压器与网卡芯片之间的二级保护电路。
2.根据权利要求1所述的一种网口防浪涌电路，其特征在于，所述网络接口为RJ45接口；所述RJ45接口通过两根发送信号线、两根接收信号线与所述网络变压器的初级线圈电连接；所述网络变压器的次级线圈通过两根发送信号线，两根接收信号线与所述网卡芯片电连接。
3.根据权利要求2所述的一种网口防浪涌电路，其特征在于，所述一级保护电路包括由一级电阻和一级电容串联构成的RC泄放电路，所述RC泄放电路的一端与所述网络变压器的初级线圈的两个中心抽头电连接，所述RC泄放电路的另一端接地。
4.根据权利要求3所述的一种网口防浪涌电路，其特征在于，所述一级保护电路还包括陶瓷气体放电管，所述陶瓷气体放电管的一端与所述网络变压器的两个中心抽头电连接，所述陶瓷气体放电管的另一端接地。
5.根据权利要求2所述的一种网口防浪涌电路，其特征在于，所述二级保护电路包括四个二级电阻，所述网络变压器的次级线圈与所述网卡芯片连接的两根发送信号线上分别串接一个二级电阻，所述网络变压器的次级线圈与所述网卡芯片连接的两根发送信号线上分别串接一个二级电阻。
6.根据权利要求5所述的一种网口防浪涌电路，其特征在于，所述二级电阻的阻值在1-5欧姆之间。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种网口防浪涌电路，其特征在于，还包括设置于所述网络变压器与所述网口芯片之间的三级保护电路。
8.根据权利要求7所述的一种网口防浪涌电路，其特征在于，所述三级保护电路包括两个TVS管；所述网络变压器的次级线圈与所述网卡芯片连接的两根发送信号线之间并接一个TVS管；所述网络变压器的次级线圈与所述网卡芯片连接的两根接收信号线之间并接一个TVS管。
9.根据权利要求8所述的一种网口防浪涌电路，其特征在于，所述TVS管型号为ESD03V32D-LC。
10.根据权利要求4所述的一种网口防浪涌电路，其特征在于，所述陶瓷气体放电管型号为UN1206-200ASMD或UN1812-90CSMD。
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