CN108767838A - 室外终端类通信设备中实现poe端口防雷击保护功能的电路结构 - Google Patents

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曹鹏
蔡云枝
王海波
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    • H02H9/06—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage using spark-gap arresters

Abstract

本发明涉及一种室外终端类通信设备中实现POE端口防雷击保护功能的电路结构，其中包括依次级联的压敏电阻保护电路和半导体放电管保护电路，所述的压敏电阻保护电路跨接于所述的POE端口的输出端正负极之间，用于吸收大部分雷击能量；所述的半导体放电管保护电路跨接于所述的POE端口的供电端抽头正负极之间，用于吸收残余浪涌能量。采用了该发明的室外终端类通信设备中实现POE端口防雷击保护功能的电路结构，电路结构拥有三重保护，既有防护共模电压能力又有防护差模电压的能力，还能抑制POE电源的带来的传导骚扰，大大增强了POE设备的安全可靠性，能满足该产品在各种国际认证中的浪涌防护要求。

Description

室外终端类通信设备中实现POE端口防雷击保护功能的电路 结构
技术领域
本发明涉及防雷击技术领域，特别涉及通信设备雷击防护技术领域，具体是指一种室外通信终端类电子设备的POE接口雷击防护。
背景技术
在天气比较严酷的地方，特别是到了雷雨季节，设备的雷击防护能力设计往往跟不上，严重的雷雨天气经常会对室外通信设备带来很严重的破坏，而且会涉及到人的生命安全。为了减少这类情况的发生，信息产业部对此类设备的国家标准中增加了雷击防护的等级标准，各家通信公司间也出规定了一套雷击防护标准。
一般的雷击设计在于单纯解决接口的防过压问题，大部分设计由气体放电管，TVS管(瞬变电压抑制二极管)等保护器件组成，这样的设计传统且老旧，放电管的失效时间特别短，这种设计很难适应室外条件恶劣的地区。很多时候室外的使用环境也很恶劣，POE接口容易受到传导骚扰的干扰，即使雷击能量不会打坏设备，但小部分感应雷击能量也能通过传导干扰使设备运行不正常，我们的设计方案是既保护了设备不受毁灭性打击，又使得设备能够运行正常，不会因为雷击能量导致设备死机重启，防止了耦合雷击能量破坏POE接口的信号传输，大大加强了设备的稳定性。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够防护共模电压、防护差模电压、抑制POE电源的传导骚扰的室外终端类通信设备中实现POE端口防雷击保护功能的电路结构。
为了实现上述目的，本发明的室外终端类通信设备中实现POE端口防雷击保护功能的电路结构具有如下构成：
该室外终端类通信设备中实现POE端口防雷击保护功能的电路结构，所述的电路结构包括依次级联的压敏电阻保护电路和半导体放电管保护电路，其中：
所述的压敏电阻保护电路跨接于所述的POE端口的输出端正负极之间，用于吸收大部分雷击能量；
所述的半导体放电管保护电路跨接于所述的POE端口的供电端抽头正负极之间，用于吸收残余浪涌能量。
较佳地，所述的压敏电阻保护电路包括第一级压敏电阻，所述的第一级压敏电阻跨接于所述的POE端口的输出端正负极之间，所述的POE端口的输出端正负极与半导体放电管保护电路的输入端相连接。
较佳地，所述的半导体放电管保护电路包括依次串接于所述的POE端口的供电端正负极的保护地之间的第二级第一压敏电阻、半导体放电管和第二级第二压敏电阻，且所述的半导体放电管跨接于所述的POE端口的供电端抽头正负极之间，所述的POE端口的供电端正负极两端通过与压敏电阻保护电路相连。
较佳地，所述的电路结构还包括共模电感，所述的共模电感的两端分别与所述的压敏电阻保护电路和所述的半导体放电管保护电路连接。
较佳地，所述的压敏电阻保护电路包括第一级压敏电阻，所述的第一级压敏电阻跨接于所述的POE端口的输出端正负极之间，且所述的第一级压敏电阻与所述的共模电感的输入端相并联跨接，所述的半导体放电管保护电路与所述的共模电感的输出端相并联跨接。
较佳地，所述的半导体放电管保护电路包括依次串接于所述的POE端口的供电端正负极的保护地之间的第二级第一压敏电阻、半导体放电管和第二级第二压敏电阻，且所述的半导体放电管跨接于所述的POE端口的供电端抽头正负极之间，所述的半导体放电管与所述的共模电感的输出端相并联跨接。
较佳地，所述的共模电感为5毫亨、4.5×10毫米的插件共模电感。
较佳地，所述的第一级压敏电阻为FNR-10K471型的氧化锌压敏电阻。
较佳地，所述的第二级第一压敏电阻和第二级第二压敏电阻均为FNR-10K471型的氧化锌压敏电阻。
较佳地，所述的半导体放电管为BS3500M型的半导体放电管。
采用了该发明的室外终端类通信设备中实现POE端口防雷击保护功能的电路结构，电路结构拥有三重保护，既有防护共模电压能力又有防护差模电压的能力，还能抑制POE电源的带来的传导骚扰，大大增强了POE设备的安全可靠性，能满足该产品在各种国际认证中的浪涌防护要求，最重要的是该电路能兼顾降低网口的传导骚扰，防止POE电源芯片的噪声反灌入受电设备对受电设备的信号传输造成干扰。
附图说明
图1为本发明的室外终端类通信设备中实现POE端口防雷击保护功能的电路结构原理图。
图2为本发明的防雷击保护电路的压敏电阻保护电路设计。
图3为本发明的防雷击保护电路的半导体放电管保护电路设计。
附图标记说明：
MOV1 第一级压敏电阻
MOV2 第二级第一压敏电阻
MOV3 第二级第二压敏电阻
TSS1 半导体放电管
L 共模电感
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面根据图1至图3结合具体实施例来进行进一步的描述。
本发明的目的是寻找到目前最适合在室外类通信设备POE接口使用的防雷方案，大大降低了由于浪涌雷击导致设备被破坏和运行不正常的情况，此防雷击保护的电路结构设计还特别兼顾了抗传导骚扰的设计，使得设备在室外电磁噪声恶劣的地区运行更加稳定。
本技术方案的延迟电路没有采用传统的电阻退耦方式，而是采用共模电感L来实现，这样的好处是抑制了POE电源传输线上的传导骚扰噪声，使得设备运行更加稳定。传统的电源防护一般只在正负极上加气体放电管，但是由于气体放电管反应动作时间慢，而且长期的动作会使得器件失效很快，所以本发明设计中在电源接口使用了压敏电阻和半导体放电管 TSSI，这样的设计是因为压敏电阻反应时间短，通流量大，残压低。往往浪涌能量通过了压敏电阻保护电路后，由于保护器件天生缺陷会有一部分雷击能量残留，残留的能量会继续对后续电路造成很大的破坏，所以我们设计了第二级残压保护电路，这样一来电路保护性和稳定性能更好。
根据图1，POE输出正负极之间使用压敏电阻来抑制差模浪涌，后级接一个共模电感L 用于退耦延迟和降低POE电源的传导骚扰，共模电感L的目的是让压敏电阻保护电路能优先产生动作，后端正负极之间接一路半导体放电管TSSI作为半导体放电管保护电路，用于抑制压敏电阻保护电路的残压过高而对重要芯片产生破坏。此设计电路拥有三重保护，既有防护共模电压能力又有防护差模电压的能力，还能抑制POE电源的带来的传导骚扰，大大增强了 POE设备的安全可靠性，能满足该产品在各种国际认证中的浪涌防护要求，最重要的是该电路能兼顾降低网口的传导骚扰，防止POE电源芯片的噪声反灌入受电设备对受电设备的信号传输造成干扰。
本发明中过压保护原理是当雷击引起的很大电压时，这时候由于共模电感L退耦延迟作用，第一级压敏电阻MOV1优先启动，在很短的时间内将大部分能量导通吸收，残压经过共模电感L到达半导体放电管保护电路，此时第二级半导体放电管TSSI启动将剩余雷击能量进一步导通吸收，经过半导体放电管保护电路后残余浪涌能量已经很低，对重要芯片已经构不成破坏。
压敏电阻的非线性特性，当过电压出现在压敏电阻的两极间，压敏电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值，从而实现对后级电路的保护。
半导体放电管TSSI在外加电压低于其动作电压时，漏电流极小，相当于断路，当外加电压进一步增大后，两极间将放电击穿，由原来的绝缘状态转化为导电状态，相当于短路，可泄放很大的电流，当外电压撤去以后，半导体放电管TSSI可恢复断态，能重复使用且双向结构，可以泄放双向的过电压。
退偶共模电感L放在压敏电阻保护电路和半导体放电管保护电路之间做延迟电路，同时降低了传导骚扰的能量。延迟电路可以保证让压敏电阻保护电路优先启动，如果半导体放电管保护电路启动较快会导致压敏电阻保护电路失效，这样后级保护电路承担了所有的雷击能量，达不到保护电路当初设计的目的。
该类设计的设备电源口防雷击性能参数如下：
1、雷击波形(10/700us)，内置40欧姆电阻，正负极线对地，可承受6000V，正极对负极，可承受至少6000V。
2、组合波(1.2/50us，8/20us)，内置42欧姆电阻，正负极线对地，可承受6000V，正极对负极，可承受至少6000V。
该室外终端类通信设备中实现POE端口防雷击保护功能的电路结构，电路结构包括依次级联的压敏电阻保护电路和半导体放电管保护电路，其中：
压敏电阻保护电路跨接于POE端口的输出端正负极之间，用于吸收大部分雷击能量；
半导体放电管保护电路跨接于POE端口的供电端抽头正负极之间，用于吸收残余浪涌能量。
压敏电阻保护电路包括第一级压敏电阻MOV1，第一级压敏电阻MOV1跨接于POE端口的输出端正负极之间，POE端口的输出端正负极与半导体放电管保护电路的输入端相连接。
半导体放电管保护电路包括依次串接于POE端口的供电端正负极的保护地之间的第二级第一压敏电阻MOV2、半导体放电管TSS1和第二级第二压敏电阻MOV3，且半导体放电管 TSS1跨接于POE端口的供电端抽头正负极之间，POE端口的供电端正负极两端通过与压敏电阻保护电路相连。
电路结构还包括共模电感L，共模电感L的两端分别与压敏电阻保护电路和半导体放电管保护电路连接。
压敏电阻保护电路包括第一级压敏电阻MOV1，第一级压敏电阻MOV1跨接于POE端口的输出端正负极之间，且第一级压敏电阻与共模电感L的输入端相并联跨接，半导体放电管保护电路与共模电感L的输出端相并联跨接。
半导体放电管保护电路包括依次串接于POE端口的供电端正负极的保护地之间的第二级第一压敏电阻MOV2、半导体放电管TSS1和第二级第二压敏电阻MOV3，且半导体放电管TSS1跨接于POE端口的供电端抽头正负极之间，半导体放电管TSS1与共模电感L的输出端相并联跨接。
作为本发明的优选实施方案，共模电感为5毫亨、4.5×10毫米的插件共模电感。
作为本发明的优选实施方案，第一级压敏电阻为FNR-10K471型的氧化锌压敏电阻。
作为本发明的优选实施方案，第二级第一压敏电阻和第二级第二压敏电阻均为FNR-10K471型的氧化锌压敏电阻。
作为本发明的优选实施方案，半导体放电管TSSI为BS3500M型的半导体放电管。
采用了该发明的室外终端类通信设备中实现POE端口防雷击保护功能的电路结构，电路结构拥有三重保护，既有防护共模电压能力又有防护差模电压的能力，还能抑制POE电源的带来的传导骚扰，大大增强了POE设备的安全可靠性，能满足该产品在各种国际认证中的浪涌防护要求，最重要的是该电路能兼顾降低网口的传导骚扰，防止POE电源芯片的噪声反灌入受电设备对受电设备的信号传输造成干扰。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (10)

1.一种室外终端类通信设备中实现POE端口防雷击保护功能的电路结构，其特征在于，所述的电路结构包括依次级联的压敏电阻保护电路和半导体放电管保护电路，其中：
所述的压敏电阻保护电路跨接于所述的POE端口的输出端正负极之间，用于吸收大部分雷击能量；
所述的半导体放电管保护电路跨接于所述的POE端口的供电端抽头正负极之间，用于吸收残余浪涌能量。
2.根据权利要求1所述的室外终端类通信设备中实现POE端口防雷击保护功能的电路结构，其特征在于，所述的压敏电阻保护电路包括第一级压敏电阻(MOV1)，所述的第一级压敏电阻(MOV1)跨接于所述的POE端口的输出端正负极之间，所述的POE端口的输出端正负极与所述的半导体放电管保护电路的输入端相连接。
3.根据权利要求1所述的室外终端类通信设备中实现POE端口防雷击保护功能的电路结构，其特征在于，所述的半导体放电管保护电路包括依次串接于所述的POE端口的供电端正负极的保护地之间的第二级第一压敏电阻(MOV2)、半导体放电管(TSS1)和第二级第二压敏电阻(MOV3)，且所述的半导体放电管(TSS1)跨接于所述的POE端口的供电端抽头正负极之间，所述的POE端口的供电端正负极两端与压敏电阻保护电路的输出端相连接。
4.根据权利要求1所述的室外终端类通信设备中实现POE端口防雷击保护功能的电路结构，其特征在于，所述的电路结构还包括共模电感(L)，所述的共模电感(L)的两端分别与所述的压敏电阻保护电路和所述的半导体放电管保护电路相连接。
5.根据权利要求4所述的室外终端类通信设备中实现POE端口防雷击保护功能的电路结构，其特征在于，所述的压敏电阻保护电路包括第一级压敏电阻(MOV1)，所述的第一级压敏电阻(MOV1)跨接于所述的POE端口的输出端正负极之间，且所述的第一级压敏电阻与所述的共模电感(L)的输入端相并联跨接，所述的半导体放电管保护电路与所述的共模电感(L)的输出端相并联跨接。
6.根据权利要求4所述的室外终端类通信设备中实现POE端口防雷击保护功能的电路结构，其特征在于，所述的半导体放电管保护电路包括依次串接于所述的POE端口的供电端正负极的保护地之间的第二级第一压敏电阻(MOV2)、半导体放电管(TSS1)和第二级第二压敏电阻(MOV3)，且所述的半导体放电管(TSS1)跨接于所述的POE端口的供电端抽头正负极之间，所述的半导体放电管(TSS1)与所述的共模电感(L)的输出端相并联跨接。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的室外终端类通信设备中实现POE端口防雷击保护功能的电路结构，其特征在于，所述的共模电感为5毫亨、4.5×10毫米的插件共模电感。
8.根据权利要求2或5所述的室外终端类通信设备中实现POE端口防雷击保护功能的电路结构，其特征在于，所述的第一级压敏电阻为FNR-10K471型的氧化锌压敏电阻。
9.根据权利要求3或6所述的室外终端类通信设备中实现POE端口防雷击保护功能的电路结构，其特征在于，所述的第二级第一压敏电阻和第二级第二压敏电阻均为FNR-10K471型的氧化锌压敏电阻。
10.根据权利要求3或6所述的室外终端类通信设备中实现POE端口防雷击保护功能的电路结构，其特征在于，所述的半导体放电管为BS3500M型的半导体放电管。
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