CN204144935U - 一种网络、电源、控制三合一防雷器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种网络、电源、控制三合一防雷器，属于雷电防护技术领域。该防雷器由网络信号保护电路、电源保护电路和控制信号保护电路三部分组成，其中网络信号保护电路包括网络一级防雷保护、隔离保护电路、退藕扼流电路一、网络二级防雷保护和网络三级防雷保护五个部分，电源保护电路包括电源一级防雷保护、退藕扼流电路二、电源二级防雷保护和电源三级防雷保护四个部分，控制信号保护电路包括控制一级防雷保护、退藕扼流电路三、控制二级防雷保护和控制三级防雷保护。该防雷器可传输千兆以太网信号，同时进行POE供电，还能提供220V强电外接电源，并且对网络信号、POE供电、外接电源和控制信号进行相应的防雷保护。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种网络、电源、控制三合一防雷器，具体说是一种能够传输千兆以太网信号和实现POE供电，同时还可在以太网受电设备不可用情况下提供220V强电外接电源，并且对网络信号、POE供电、外接电源和控制信号进行相应的防雷保护的器件，属于雷电防护技术领域。
背景技术
千兆以太网是建立在以太网标准基础之上的技术，它和大量使用的以太网和快速以太网完全兼容，并利用了原以太网标准所规定的全部技术规范。千兆以太网可以提供完美无缺的迁移途径，充分保护在现有网络基础设施上的投资；千兆以太网提供了一条改善交换机和交换机之间骨干连接和交换机与服务器之间的最佳路径；千兆以太网填补了802.3以太网/快速以太网标准的不足，因为以上诸多优势，千兆以太网已发展成为了主流网络技术。
以太网供电(Power Over Ethernet，PoE)指的是在现有的以太网5类线布线基础结构不做任何改动的情况下，在为一些基于IP的终端如IP网络摄像机等在传输网络数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供电的技术，以太网供电技术能在确保现有结构化布线安全地同时保证现有网络的正常运作，最大限度地降低成本。
目前现有的网络、电源二合一防雷器只选择了RJ45接口的1/2/3/6四条信号线进行网络数据信号和直流电供给，余下的4/5/7/8用作48VDC外接电源供给。这样的设计对于千兆以太网信号来说是行不通的，因为传输千兆以太网信号必须八条信号都进行网络数据信号的传输。同时，因为一些远程的网络摄像机对于电源的要求比较高，有些还需要专用电源，再由于电源传输路程的压降问题，48VDC的弱电外接电源也有不适用的情况会出现，此时就不可避免地需要220V的强电外接电源。另外，网络、电源二合一防雷器的设计只考虑了对于网络数据信号和外接电源的防雷保护，对于网络硬盘录像机控制操纵远程网络摄像机的一路控制信号并没有采取很好的防雷保护措施。
实用新型内容
针对上述情况，本实用新型拟提供一种能够传输千兆以太网信号和实现POE供电，同时还可在以太网受电设备不可用情况下提供220V强电外接电源，并且对网络信号、POE供电、外接电源和控制信号进行相应的防雷保护的器件。
为达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种网络、电源、控制三合一防雷器，它由网络信号保护电路、电源保护电路和控制信号保护电路三部分组成；所述网络信号保护电路包括网络一级防雷保护、隔离保护电路、退耦扼流电路一、网络二级防雷保护和网络三级防雷保护五个部分，所述网络一级防雷保护与所述隔离保护电路连接，所述隔离保护电路与所述退耦扼流电路一连接，所述退耦扼流电路一与所述网络二级防雷保护连接，所述网络二级防雷保护与所述网络三级防雷保护连接，其中所述网络一级防雷保护由陶瓷放电管G1、G2、G3、G4连接构成，所述隔离保护电路由变压器绕组T1、T2、T3、T4构成，所述退耦扼流电路一由热敏电阻Rt1、Rt2、Rt3、Rt4连接构成，所述网络二级防雷保护由TVS瞬变二极管TVS1、TVS2连接构成，所述网络三级防雷保护由集成防雷芯片IC1、IC2连接构成；所述电源保护电路包括电源一级防雷保护、退耦扼流电路二、电源二级防雷保护和电源三级防雷保护四个部分，所述电源一级防雷保护与所述退耦扼流电路二连接，所述退耦扼流电路二与所述电源二级防雷保护连接，所述电源二级防雷保护与所述电源三级防雷保护连接，其中所述电源一级防雷保护由熔断器F1、F2，压敏电阻MOV1、MOV2，二极管D1，发光二极管LED，电阻R1、R2，陶瓷放电管G5连接构成，所述退藕额流电路二由电感L1、L2连接构成，所述电源二级防雷保护由熔断器F3、压敏电阻MOV3连接构成，所述电源三级防雷保护由电容C1、C2，熔断器F4和压敏电阻MOV4、MOV5连接构成；所述控制信号保护电路包括控制一级防雷保护、退耦扼流电路三、控制二级防雷保护和控制三级防雷保护，所述控制一级防雷保护与所述退耦扼流电路三连接，所述退耦扼流电路三与所述控制二级防雷保护连接，所述控制二级防雷保护与所述控制三级防雷保护连接，其中所述控制一级防雷保护由陶瓷放电管G6、G7连接构成，所述退耦扼流电路三由热敏电阻Rt5、Rt6连接构成，所述控制二级防雷保护由TVS瞬变二极管TVS3构成，所述控制三级防雷保护由TVS瞬变二极管TVS4、TVS5连接构成。
采用了上述设计方案，本实用新型网络、电源、控制三合一防雷器的网络、电源、控制三部分保护电路均设计了三级防雷模式，第一级防雷保护对地泻放直击雷的强大过电压过电流，第二级防雷保护将经过前级保护后的剩余雷击过电压、过电流进行钳制，并吸收减小区域内的感应雷电磁脉冲，第三级防雷保护对通过第一级和第二级保护后的残余过电压进行钳位，并吸收残余的感应雷电磁脉冲；本实用新型的网络保护电路中，变压器绕组的设计能有效完成千兆以太网信号的传输，热敏电阻的连接设计能实现网络信号和电源同时进行传输的POE供电功能，这样就可在传输千兆以太网信号的同时，选择1/23/6线或4/5/7/8线进行供电，保证线路供电的完整性；本实用新型的三部分保护电路中，均设计了退藕扼流电路，通过连接使用热敏电阻和电感，可对雷击过电压和过电流起到退藕、扼流作用。
附图说明
图1：本实用新型结构示意图
图2：本实用新型网络信号保护电路图
图3：本实用新型电源保护电路图
图4：本实用新型控制信号保护电路图
图1中：1——网络信号保护电路，2——电源保护电路，3——控制信号保护电路，1-1——网络一级防雷保护，1-2——隔离保护电路，1-3——退藕扼流电路一，1-4——网络二级防雷保护，1-5——网络三级防雷保护，2-1——控制一级防雷保护，2-2——退藕扼流电路二，2-3——控制二级防雷保护，2-4——控制三级防雷保护，3-1——电源一级防雷保护，3-2——退藕扼流电路三，3-3——电源二级防雷保护，3-4——电源三级防雷保护。
具体实施方法
如图1所示，本实用新型网络、控制、电源三合一防雷器主要包括网络信号保护电路1，电源保护电路2和控制信号保护电路3三个部分，其中所述网络信号保护电路1由网络一级防雷保护1-1、隔离保护电路1-2、退藕扼流电路一1-3、网络二级防雷保护1-4和网络三级防雷保护1-5五个部分组成，所述电源保护电路2由电源一级防雷保护2-1、退藕扼流电路二2-2、电源二级保护2-3和电源三级保护2-4四个部分组成，所述控制信号保护电路3由控制一级防雷保护3-1、退藕扼流电路三3-2、控制二级防雷保护3-3和控制三级防雷保护3-4四个部分组成。在所述网络信号保护电路1中，所述网络一级防雷保护1-1与所述隔离保护电路1-2连接，所述隔离保护电路1-2与所述退藕扼流电路一1-3连接，所述退藕扼流电路一1-3与所述网络二级防雷保护1-4连接，所述网络二级防雷保护1-4与所述网络三级防雷保护1-5连接。在所述电源保护电路2中，所述电源一级防雷保护2-1与所述退藕扼流电路二2-2连接，所述退藕扼流电路二2-2与所述电源二级防雷保护2-3连接，所述电源二级防雷保护2-4与所述电源三级防雷保护2-5连接。在所述控制信号保护电路3中，所述控制一级防雷保护3-1与所述退藕扼流电路三3-2连接，所述退藕扼流电路三3-2与所述控制二级防雷保护3-3连接，所述控制二级防雷保护3-3与所述控制三级防雷保护3-4连接。
如图2所示，网络信号电路主要是针对千兆网络数据信号传输和POE供电的防雷保护而设计。这部分电路中RJ45接口的4对信号线分别与变压器绕组T1、T2、T3、T4连接，T1、T2、T3、T4的一次侧中心抽头通过陶瓷放电管G1、G2、G3、G4接地作为网络一级防雷保护，当有雷击产生的强大能量加载在传输线路上时，RJ45接口的4对信号线上均为高电压强电流状态，上述的网络一级防雷保护可在网络信号输入端侧将直击雷电的强大过电压过电流通过陶瓷放电管G1、G2、G3、G4泻放到大地。
变压器绕组T1、T2、T3、T4作为隔离保护电路，可直接隔离雷击产生的浪涌过电压和过电流的剧烈冲击，避免对后方电路造成影响，同时T1、T2、T3、T4也实现了在四对信号线上的千兆网络数据信号的传输，使其隔离设备内外的干扰噪声，将信号衰减降到最小。
变压器绕组T1、T2、T3、T4各自的一次侧、二次侧中心抽头连接热敏电阻Rt1、Rt2、Rt3、Rt4作为退藕扼流电路一，当选择1/2、3/6线对进行供电时，热敏电阻Rt1、Rt2可保持在这两对信号线上的直流供电，又因为变压器绕组T1、T2实现了在1/2、3/6线对上的千兆网络数据信号的传输，从而可实现同时传输网络数据信号和电源的POE供电功能，同理选择4/5、7/8线对进行供电时也是一样。此外，热敏电阻Rt1、Rt2、Rt3、Rt4的连接使用，也可对雷击过电压和过电流起到退藕和扼流作用，利用热敏电阻的正温度系数功能(即温度越高阻值越大)，可对经过前级防雷保护后剩余的过电压和过电流进行钳制，将它们向安全值拉低。
变压器绕组T1、T2的二次侧中心抽头之间连接TVS瞬变二极管TVS1，T3、T4的二次侧中心抽头之间连接TVS2作为网络二级防雷保护，TVS1和TVS2的连接使用，可吸收减小区域内的感应雷电磁脉冲能量。
变压器绕组T1、T2的二次侧信号线连接集成防雷芯片IC1，T3、T4的二次侧信号线连接集成防雷芯片IC2作为网络三级防雷保护。尽管经过前两级的防雷保护的泻放和钳制，仍会有一定的残余能量存在，上述的集成防雷芯片IC1、IC2可吸收残余的差模能量，将过电压钳位到安全范围，并同时吸收残余的感应雷电磁脉冲能量。
如图3所示，电源保护电路主要是针对220V交流外接电源的防雷保护。这部分电路中，熔断器F1串联压敏电阻MOV1、MOV2和熔断器F2，并联二极管D1、发光二极管LED和电阻R1，并联陶瓷放电管G5和电阻R2接地，作为电源一级防雷保护。当雷击浪涌过电压过电流随电源输入线路时，熔断器F1、F2会因为超过规定值的强大过电流而自身发热熔断，从而保护后方线路的安全，压敏电阻MOV1、MOV2因其独特的限压功能，当加载在两级的过电压超过其阀值时其阻值会变小，这样就使得流过它的电流激增而对其他电路的影响不大从而起到抑制钳位过电压的作用。并联的二极管D1可在过电压加载时起到稳压的作用，发光二极管LED可在电源输入时进行发光显示，电阻R1则可在过电流流经时起到限流的作用。并联陶瓷放电管G5、电阻R2接地可将过电压过电流的强大共模能量泻放至大地。
电源一级防雷保护和电源二级防雷保护之间串联的电感L1、L2作为退藕扼流电路二，可对经过前级防雷保护后剩余的过电压过电流进行退藕和扼流，降低它们对后方电路的冲击。
熔断器F3串联压敏电阻MOV3作为电源二级防雷保护，利用熔断器的限流和压敏电阻的限压特性，可钳制经过前级保护后剩余的过电压和过电流，抑制浪涌差模能量的冲击。
电容C1串联电容C2，压敏电阻MOV4串联压敏电阻MOV5，这两部分线路呈并联状态，中间以一个熔断器F4连接接地，作为电源三级防雷保护。经过前两级的防雷保护，仍会有残余的雷击共模能量存在，而电容器作为一种储能元器件，可为雷击过电流提供通路，残余的雷击能量可通过电容C1、C2接地放电，同时电容也为电源信号进行滤波，剔除低频率的杂波电源信号，保障电源传输供给。压敏电阻MOV4、MOV5可将残余的雷击过电压钳位至安全范围，熔断器F4的接地连接可起到限制过电流冲击的作用。
如图4所示，控制信号保护电路主要针对的是控制数据信号的防雷保护。这部分电路中，陶瓷放电管G6、G7的接地连接作为控制一级防雷保护，当雷击浪涌的强大能量随控制数据信号输入线路时，陶瓷放电管G6、G7可在信号输入端侧直接将浪涌过电压和过电流泻放至大地，以减小对后方线路的冲击。
串连在控制一级防雷保护和控制二级防雷保护之间的热敏电阻Rt5和Rt6作为退藕扼流电路三，利用热敏电阻Rt5、Rt6的正温度系数功能(即温度越高阻值越大)，可对经过前级防雷保护后剩余的浪涌过电压和过电流起到退藕和扼流的作用，将他们向安全值拉低。
信号线之间并联跨接的TVS瞬变二极管TVS3作为控制二级防雷保护，可吸收减小区域内的感应雷电磁脉冲能量。
TVS瞬变二极管TVS4、TVS5的接地连接作为控制三级防雷保护，可吸收经过前两级防雷保护后仍饯余的雷击差模能量，将残余过电压、过电流通过接地泻放至大地，并且吸收剩余的感应雷电磁脉冲能量，确保线路后方被保护设备的安全运行。
Claims (1)
1.一种网络、电源、控制三合一防雷器，它由网络信号保护电路(1)、电源保护电路(2)和控制信号保护电路(3)三部分组成，其特征在于所述网络信号保护电路(1)包括网络一级防雷保护(1-1)、隔离保护电路(1-2)、退藕扼流电路一(1-3)、网络二级防雷保护(1-4)和网络三级防雷保护(1-5)五个部分，所述网络一级防雷保护(1-1)与所述隔离保护电路(1-2)连接，所述隔离保护电路(1-2)与所述退藕扼流电路一(1-3)连接，所述退藕扼流电路一(1-3)与所述网络二级防雷保护(1-4)连接，所述网络二级防雷保护(1-4)与所述网络三级防雷保护(1-5)连接，其中所述网络一级防雷保护(1-1)由陶瓷放电管G1、G2、G3、G4连接构成，所述隔离保护电路(1-2)由变压器绕组T1、T2、T3、T4构成，所述退藕扼流电路一(1-3)由热敏电阻Rt1、Rt2、Rt3、Rt4连接构成，所述网络二级防雷保护(1-4)由TVS瞬变二极管TVS1、TVS2连接构成，所述网络三级防雷保护(1-5)由集成防雷芯片IC1、IC2连接构成；所述电源保护电路(2)包括电源一级防雷保护(2-1)、退藕扼流电路二(2-2)、电源二级防雷保护(2-3)和电源三级防雷保护(2-4)四个部分，所述电源一级防雷保护(2-1)与所述退藕扼流电路二(2-2)连接，所述退藕扼流电路二(2-3)与所述电源二级防雷保护(2-3)连接，所述电源二级防雷保护(2-3)与所述电源三级防雷保护(2-4)连接，其中所述电源一级防雷保护(2-1)由熔断器F1、F2，压敏电阻MOV1、MOV2，二极管D1，发光二极管LED，电阻R1、R2，陶瓷放电管G5连接构成，所述退藕扼流电路二由电感L1、L2连接构成，所述电源二级防雷保护(2-3)由熔断器F3、压敏电阻MOV3连接构成，所述电源三级防雷保护(2-4)由电容C1、C2，熔断器F4和压敏电阻MOV4、MOV5连接构成；所述控制信号保护电路(3)包括控制一级防雷保护(3-1)、退藕扼流电路三(3-2)、控制二级防雷保护(3-3)和控制三级防雷保护(3-4)，所述控制一级防雷保护(3-1)与所述退藕扼流电路三(3-2)连接，所述退藕扼流电路三(3-2)与所述控制二级防雷保护(3-3)连接，所述控制二级防雷保护(3-3)与所述控制三级防雷保护(3-4)连接，其中所述控制一级防雷保护(3-1)由陶瓷放电管G6、G7连接构成，所述退藕扼流电路三(3-2)由热敏电阻Rt5、Rt6连接构成，所述控制二级防雷保护(3-3)由TVS瞬变二极管TVS3构成，所述控制三级防雷保护(3-4)由TVS瞬变二极管TVS4、TVS5连接构成。
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