CN1549416A - 以太网接口的防雷保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于通信设备中的以太网接口防雷保护电路，为解决现有防雷保护电路效果较差、会影响信号传输质量等问题，在本发明以太网接口防雷保护电路的各个输入侧端口处设有由气体放电管组成的第一级保护电路，在各个器件侧端口处设有主要由硅保护二极管组成的第二级保护电路，所述第一级保护电路的动作电压高于所述第二级保护电路的动作电压，在每一个器件侧端口与相应的输入侧端口之间串联有起退耦作用的限流器件。在第二级保护电路中可采用硅保护二极管与快恢复二极管串联，或将每两个硅保护二极管正端背靠背连接的方式以减小硅保护二极管的结电容所产生的影响；在第一级保护电路中可采用两极或三极气体放电管来实现共模及差模过电压保护。

Description

以太网接口的防雷保护电路

技术领域

本发明涉及通信设备的防雷保护技术，更具体地说，涉及一种用于通信设备中以太网接口处的防雷保护电路。

背景技术

随着网络技术的普及，10/100BASE以太网接口的应用也越来越广泛，已成为目前网络中最常用的一种以太网接口。在实际使用中，以太网电缆纵横交错并由户内延伸到户外，所以由雷电引起的电磁脉冲会在以太网线路中感应暂态过电压。同时，加上通信设备中以太网接口处的绝缘强度一般比较低，耐受过电压和过电流能力较差，很容易受到暂态过电压的损害。为了保证通信设备的安全可靠运行，必须对以太网接口采取过电压防护措施。

现有技术中常用的技术方案有如下两种：

第一种：是在通信设备的以太网接口处采用一级硅保护电路进行差模、共模过电压保护。其缺点是耐受雷电的冲击通流容量(即保护电路所能承受且不会导致损坏的最大过电流)较低，但是如果采用通流容量更大的硅保护电路，其结电容就会变得很大，从而影响以太网信号的传输质量。

第二种：是在通信设备的以太网接口处采用一级气体放电管进行差模、共模过电压保护。其缺点是气体放电管响应时间比较慢，在动作时产生的残压比较高，不能可靠地保护后面的敏感电路。

发明内容

本发明提供一种以太网接口的防雷保护电路，以解决现有以太网接口防雷保护电路的保护效果较差且会影响信号传输质量的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下的技术方案：

一种以太网接口防雷保护电路，其中设有用于与以太网接口的输入侧连接的输入侧正、负发送端口及输入侧正、负接收端口，还设有用于与以太网接口的器件侧连接的器件侧正、负发送端口及器件侧正、负接收端口；在各个输入侧端口与相应的器件侧端口间至少设有两级保护电路，其中，第一级保护电路设在所述各个输入侧端口处，第二级保护电路设在所述各个器件侧端口处；所述第一级保护电路的动作电压高于第二级保护电路的动作电压。通过上述第一级保护电路及第二级保护电路的双重保护，实现了对以太网接口的差模和共模保护；同时还在最大程度地降低了跨接在信号线两端的电容值，从而不会对信号传输质量造成影响。

本发明中，还可在所述的第一级保护电路与第二级保护电路间串联有限流器件。所述限流器件可以是电阻、电感、由至少两个电阻串联而成的电阻组、或者是由至少两个电感串联而成的电感组。

在本发明的所述第二级保护电路中，可采用四个硅保护二极管连接在各个器件侧正、负端口之间以实现差模过电压保护，还可采用四个硅保护二极管连接在各个器件侧端口与地之间以实现共模过电压保护；为了降低硅保护二极管的结电容所产生的影响，还可在每一硅保护二极管支路串联一个快恢复二极管，或将每两个硅保护二极管正端背靠背连接。

本发明的所述第一级保护电路中可采用两个三极气体放电管或六个两极气体放电管来实现共模及差模过电压保护，其中所述气体放电管的放电电压大于所述硅保护二极管的击穿电压。

本发明中，当由输入侧引入的暂态过电压波沿着信号线路传输到保护电路时，由于气体放电管具有较高的放电电压和较长的响应时间，它并不立即导通放电；在气体放电管导通之前，硅保护二极管将首先被击穿，并流过暂态电流；随着暂态电流的增大，限流器件上的压降也相应地增大，这一压降施加于气体放电管两端，就促使其尽早动作放电。当气体放电管放电后，它将提供一条接地的旁路泄放暂态大电流的通道，同时也能起限制过电压的作用，对限流器件和硅保护二极管起到保护作用。

可见，本发明同时采用硅保护电路和气体放电管保护电路，解决了现有以太网接口防雷保护电路的保护效果较差、会影响信号传输质量等问题，可有效地防止由于雷电感应引起的暂态差模和共模过电压、过电流对以太网信号接口造成的损坏。在不影响信号传输质量的前提下，本发明的防雷保护电路使以太网接口能够承受高达3KA(8/20us波形)的雷电冲击电流，极大的增强了以太网口抗雷击的能力，降低了以太网接口的雷击损坏率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一个优选实施例中的防雷保护电路图；

图2是本发明另一实施例中的防雷保护电路图；

图3是在图1所示的防雷保护电路中增加起共模过电压保护作用的硅保护二级管后的电路图；

图4是将图1所示防雷保护电路中的三极气体放电管改为两极气体放电管后的电路图；

图5是在图4中增加与电阻串联的电感之后的电路图；

图6是在图1所示的防雷保护电路中增加第三级保护电路后的电路图。

具体实施方式

本发明的实施例一如图1所示，图中的右侧为以太网接口的输入侧，本实施例中采用的是RJ45接头，并使用了其四个接头，即正、负发送信号接头TX+、TX-，正、负接收信号接头RX+、RX-。图中的左侧为以太网接口的器件侧，中间的虚线框内为防雷保护电路。

从图中可以看出，该防雷保护电路是由两个三极气体放电管G1、G2，四个电阻R1、R2、R3、R4，四个硅保护二极管VD1、VD2、VD3、VD4，以及四个快恢复二极管D1、D2、D3、D4组成的两级保护电路。其中，三极气体放电管G1、G2的放电电压大于硅保护二极管VD1、VD2、VD3、VD4的击穿电压。

在上述电路中的硅保护二极管可以是TVS、TSS等瞬态抑制二极管，它们与快恢复二极管组成第二级保护电路，用于抑制差模过电压，以保护其左边的器件；而三极气体放电管则组成第一级保护电路，用于旁路泄放暂态大电流，既能抑制共模过电压，又能抑制差模过电压；介于第二级保护电路与第一级保护电路之间的电阻R1、R2、R3、R4用于限制流过各个硅保护二极管的暂态电流，同时可改善气体放电管的动作特性、并促进两级保护电路之间的特性配合。

实施本发明之后，当暂态过电压波沿着其中一路或多路信号线路传输到保护电路时，由于气体放电管G1、G2具有较高的放电电压和较长的响应时间，它并不立即导通放电；在气体放电管导通之前，硅保护二极管VD1、VD2、VD3或VD4将首先被击穿，并流过暂态电流；随着暂态电流的增大，限流电阻R1、R2、R3或R4上的压降也相应地增大，这一压降施加于气体放电管两端，就促使其尽早动作放电。当气体放电管G1或G2放电后，它将提供一条接地的旁路泄放暂态大电流的通道，同时也能起限制过电压的作用，对其左侧的限流电阻和硅保护二极管起到保护作用。

由于100M以太网接口的传输速率比较高，而现有的通流量比较大的硅保护二极管的结电容也相对比较大，直接用在保护电路中会影响信号的传输质量，所以本实施例中采用快恢复二极管D1、D2、D3、D4与之串联，这样可以很大程度地降低跨接在正、负信号线之间的电容值，从而达到不影响信号传输质量的目的。

本发明并不限于上述实施例，还可有以下多种具体实施方式：

1、在每一个硅保护二极管支路上串联更多快恢复二极管，例如将图1中的快恢复二极管D1改为三个串联的快恢复二极管，同时D2、D3、D4进行相应的改动，这样可进一步减小正、负信号线之间的电容值，提高信号传输质量。

2、如图2所示，将两个硅保护二极管的正端背靠背连接后，再接到正、负信号线之间，此时因两个硅保护二极的电容为相互串联，同样可减小正、负信号线之间的电容值，所以不需要再串接快恢复二极管。

3、在上述实施例一或第1、第2种实施方式的基础上，在第二级保护电路中增加对地的硅保护二级管。如图3所示是在图1的防雷保护电路中增加硅保护二级管后的电路图，通过在每一个器件侧端口与地之间接一个硅保护二级管，可起到共模过电压保护的作用。

4、将上述实施例一或第1、第2、第3种实施方式中的两个三极气体放电管改为采用多个两极气体放电管。如图4所示为将图1中防雷保护电路的三极气体放电管改为两极气体放电管后的电路图，其中有六个两极气体放电二极管。一个接在输入侧正、负发送端口之间，另一个接在输入侧正、负接收端口之间，用于实现差模过电压保护；另四个分别接在各个输入侧端口与地之间，用于实现共模过电压保护。

5、将上述实施例一或第1、第2、第3、第4种实施方式中的电阻R改为电感，或改为电阻与电感串联方式。如图5所示为将图4中的电阻R改为电阻与电感串联后的电路图。

6、以上述任一种实施方式为基础，增加第三级或更多级的保护电路。如图6所示为在图1的防雷保护电路中增加第三级保护电路时后的电路图，其中增加了四个快恢复二极管D5、D6、D7、D8和四个硅保护二极管VD5、VD6、VD7、VD8，其中硅保护二极管VD5、VD6、VD7、VD8的击穿电压低于硅保护二极管VD1、VD2、VD3、VD4的击穿电压。这种接法的作用是能够将通过保护电路输出的残余电压降得更低，使后面的敏感器件得到更有效的保护。

本发明的上述的防雷保护电路可直接设计在通信设备的以太网接口处，也可以设计为外置式防雷装置，使用时将其连接在以太网接口之前，同样可起到防雷保护作用。

Claims (10)

1、一种以太网接口防雷保护电路，其中设有用于与以太网接口的输入侧连接的输入侧正、负发送端口及输入侧正、负接收端口，还设有用于与以太网接口的器件侧连接的器件侧正、负发送端口及器件侧正、负接收端口，其特征在于，

在各个输入侧端口与相应的器件侧端口间至少设有两级保护电路，其中，第一级保护电路设在所述各个输入侧端口处，第二级保护电路设在所述各个器件侧端口处；所述第一级保护电路的动作电压高于第二级保护电路的动作电压。

2、根据权利要求1所述的防雷保护电路，其特征在于，所述的第一级保护电路由气体放电管组成；所述的第二级保护电路主要由硅保护二极管组成；所述气体放电管的放电电压大于所述硅保护二极管的击穿电压。

3、根据权利要求1或2所述的防雷保护电路，其特征在于，在所述的第一级保护电路与第二级保护电路间还串联有限流器件。

4、根据权利要求3所述的防雷保护电路，其特征在于，所述限流器件是电阻、或者是电感、或者是由至少两个电阻串联而成的电阻组、或者是由至少两个电感串联而成的电感组。

5、根据权利要求2所述的防雷保护电路，其特征在于，所述第二级保护电路中包括四个用于实现差模过电压保护的硅保护二极管；其中第一个硅保护二极管的正端接所述器件侧负发送端口、负端接所述器件侧正发送端口，第二个硅保护二极管的正端接所述器件侧正发送端口、负端接所述器件侧负发送端口；另两个硅保护二极管按同样方式连接在所述器件侧正、负接收端口之间。

6、根据权利要求5所述的防雷保护电路，其特征在于，在所述第二级保护电路中的每一个硅保护二极管支路上还串联有一个或多个快速恢复二极管。

7、根据权利要求2所述的防雷保护电路，其特征在于，所述第二级保护电路中包括四个用于实现差模过电压保护的硅保护二极管；其中两个硅保护二极管的正端背靠背连接，负端分别接所述器件侧正、负发送端口；另两个硅保护二极管的正端背靠背连接，负端分别接所述器件侧正、负接收端口。

8、根据权利要求5-7中任一项所述的防雷保护电路，其特征在于，所述第二级保护电路中还包括四个用于实现共模过电压保护的硅保护二极管，所述各个硅保护二极管分别连接在每一个器件侧端口与地之间。

9、根据权利要求5-7中任一项所述的防雷保护电路，其特征在于，所述第一级保护电路中包括两个三极气体放电管，所述三极气体放电管的放电电压大于所述硅保护二极管的击穿电压；其中一个三极气体放电管的两端接所述输入侧正、负发送端口，中间端接地；另一个三极气体放电管的两端接所述输入侧正、负接收端口，中间端接地。

10、根据权利要求5-7中任一项所述的防雷保护电路，其特征在于，所述第一级保护电路中包括六个两极气体放电管，所述两极气体放电管的放电电压大于所述硅保护二极管的击穿电压；其中一个接在所述输入侧正、负发送端口之间；一个接在所述输入侧正、负接收端口之间；另四个分别接在各个输入侧端口与地之间。

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