CN205945038U - 一种以太网供电浪涌防护电路及供电设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种以太网供电浪涌防护电路及供电设备，该浪涌防护电路包括电源输入端、PSE控制器、和网络变压器，所述以太网供电浪涌防护电路还包括防护器件PD1、二极管D1和D2，其中防护器件PD1的一端连接电源输入端，另一端连接地，二极管D1的负极接电源输入端，D1的正极接D2的负极，D2的正极接地，而网络变压器的中心抽头分别连接D1的负极和D2的负极。本实用新型在保证PSE端口具有较高防浪涌等级的前提下，不需大量使用专用防护器件，只要小封装常规二极管组合，而且钳位电压能够得到有效控制，同时降低了防护方案的成本，促使单板或产品小型化。
Description
技术领域
本实用新型属于以太网供电技术领域，尤其涉及一种以太网供电中的浪涌防护电路及供电设备。
背景技术
以太网供电PoE(Power Over Ethernet)技术在现有的以太网Cat.5布线基础架构不作任何改动的情况下，为一些基于IP的终端传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供电。在PoE系统中，提供电力的叫做PSE(Power Sourcing Equipment)设备。
随着国民经济的发展，PoE技术的发展势头十分强劲，这一技术的发展可简化用电设备的安装和部署，因而省去了需要设置独立输电的专用线。现如今PoE技术广泛用于安防、通信以及智能电网等工业系统，用以实现系统内的数据、视频传输、流量控制、以及通过总线实现供电。但是由于工业以太网工作环境的严苛，对于PoE系统的浪涌防护必不可少。
现有的最接近的PSE端口防护电路设计思路是基于网络变压器形式，如图1所示，无论是在网络变压器T1的两个中心抽头之间，还是中心抽头与地之间均使用专用防护器件，即电压钳位型器件，例如瞬态抑制二极管、压敏电阻等。该方案是通过专用防护器件来实现对后级电路的保护的，重点依赖防护器件。工作过程如下：对于共模浪涌，PSE供电电源正极上的浪涌通过防护器件PD2、PD3来泄放，PSE供电电源负极上的浪涌通过防护器件PD3来泄放；对于差模浪涌，通过防护器件PD2来钳位，从而保护后级芯片不被损坏。
上述的这类防护电路设计若要达到很高的防浪涌等级，使用的防护器件封装会非常大，单板占用面积也较大，同时价格会非常高，尤其是在产品应用为多PSE端口设计时，劣势将进一步放大，不利于单板小型化及成 本的控制。并且由于业界电压钳位型专用防护器件的钳位电压均较高，而钳位电压却是其保护性能的最好体现，因此在高等级浪涌下防护失效的概率将会大大增加，也就达不到保护电路的目的。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种以太网供电浪涌防护电路及供电设备，用于在很高的防浪涌等级要求下，解决现有技术中使用的防护器件封装大，单板占用面积较大，价格非常高的问题。
为了实现上述目的，本实用新型技术方案如下：
一种以太网供电浪涌防护电路，包括电源输入端、PSE控制器、和网络变压器，所述以太网供电浪涌防护电路还包括防护器件PD1、第一二极管D1和第二二极管D2，其中防护器件PD1的一端连接电源输入端，另一端连接地，第一二极管D1的负极接电源输入端，第一二极管D1的正极接第二二极管D2的负极，第二二极管D2的正极接地，而网络变压器的中心抽头分别连接第一二极管D1的负极和第二二极管D2的负极。
所述防护器件PD1的钳位电压小于第一二极管D1和第二二极管D2的击穿电压。
进一步地，所述防护器件PD1的钳位电压、所述第一二极管D1和第二二极管D2的击穿电压，均满足预设的防护等级的要求。
进一步地，所述第一二极管D1的电流流通量满足预设的防护等级的要求。
进一步地，所述防护器件PD1的浪涌响应时间小于10-11秒。
进一步地，所述防护器件PD1为瞬态抑制二极管。
本实用新型还提出了一种以太网供电系统中的供电设备，该以太网供电系统中的供电设备设置有上述浪涌防护电路。
本实用新型提出了一种以太网供电浪涌防护电路及供电设备，在保证PSE端口具有较高防浪涌等级的前提下，不需大量使用专用防护器件，只要小封装常规二极管组合，而且钳位电压能够得到有效控制，同时降低了防护方案的成本，促使单板或产品小型化，在多PSE端口设备上，该设计 思路优势将更加明显。理论上来说普通二极管和瞬态抑制二极管在电气性质上是一样的，所以并不会影响原设备功能，同时也经过实际单板测试证明该方案不会影响PSE设备的各项指标。
附图说明
图1为现有技术以太网供电浪涌防护电路示意图；
图2为本实用新型以太网供电浪涌防护电路示意图；
图3为本实用新型共模正极性浪涌原理图；
图4为本实用新型共模负极性浪涌原理图；
图5为本实用新型一种差模浪涌的原理图；
图6为本实用新型另一种差模浪涌的原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型技术方案做进一步详细说明，以下实施例不构成对本实用新型的限定。
如图2所示，本实用新型的以太网供电浪涌防护电路巧妙地利用一颗具有高反向重复峰值电压的第二二极管D2(即高反向耐压)和一颗具有较高通流量的第一二极管D1以及电源口的防护器件PD1组成一套防护电路。利用两颗二极管组成半桥形式，引导浪涌往电源口的防护器件PD1泄放。
本实施例以太网供电浪涌防护电路包括电源输入端、PSE控制器IC、和网络变压器T1。在以太网设备中，通过物理接口PHY接RJ45时，中间都会加一个网络变压器，主要有信号传输、阻抗匹配、波形修复、信号杂波抑制和高电压隔离等作用。在本实施例中即为网络变压器T1，网络变压器T1的一端连接以太网设备的物理接口PHY，另一端连接RJ45，具体地，网络变压器T1的四个输出端分别连接RJ45的1、2、3、6线序(或4、5、7、8线序)，RJ45连接被供电的设备。例如在视频监控网络中，采用NVR为IPC供电，NVR为POE网络中的PSE设备，而IPC为被供电的设备。网络变压器T1的两根中心抽头(N1和N2)用于连接PSE控制 器输出的电源。在RJ45接头连接到IPC后，PSE控制器闭合，为IPC供电。
在本实施例中，以太网供电浪涌防护电路还包括防护器件PD1、第一二极管D1和第二二极管D2。其中防护器件PD1的一端连接电源输入端，另一端连接地。第一二极管D1的负极接电源输入端，第一二极管D1的正极接第二二极管D2的负极，第二二极管D2的正极接地。而网络变压器T1的中心抽头分别连接第一二极管D1的负极和第二二极管D2的负极。
本实施例利用第二二极管D2的高反向重复峰值电压与第一二极管D1的高耐正向浪涌电流能力，使得PSE端口上的共模浪涌被引导到防护器件PD1上泄放。
因此本实施例的所选择的防护器件PD1的浪涌响应时间较短，本实施例浪涌响应时间小于10-11秒，可以防护微秒级的浪涌，在浪涌出现时能够及时响应。一般选择TVS管(瞬态抑制二极管)，或压敏电阻。考虑到压敏电阻的价格比较高，占用面积比较大，本实施例优选地，防护器件PD1选择采用瞬态抑制二极管。该防护器件PD1的钳位电压满足后级芯片的要求即可，即小于后级芯片的承受能力，从而在达到后级芯片的承受能力之前就泄放了浪涌，保护了后级芯片。
在本实施例中，防护器件PD1的钳位电压(浪涌启动电压)小于第二二极管D2的击穿电压，同时也小于第一二极管D1的击穿电压。防护器件PD1的钳位电压、第一二极管D1和第二二极管D2的击穿电压、第一二极管D1的通流量均满足预设的防护等级的要求。根据设备的防护等级来选择相应的原件，防护等级越高要求的冲击耐压和电流通流量越大。例如，在POE设备中，本实施例选择的防护器件PD1的钳位电压在100V时，第一二极管D1击穿电压大于100V，第二二极管D2击穿电压大于1000V(冲击耐压1000V)，即第一二极管D1、第二二极管D2的反向重复峰值电压需大于防护器件PD1的钳位电压。并且第一二极管D1具有高耐正向浪涌电流能力，例如，第一二极管D1的通流量大于50A。
从而，对于共模浪涌，因为选择的防护器件PD1的浪涌启动电压小于第二二极管D2的击穿电压，所以不管是PSE供电电源端还是供电电源 负极端的浪涌都通过防护器件PD1来泄放。
具体地，共模正负极性浪涌的浪涌路径如图3和图4所示：
其中图3中的虚线示出了共模正极性浪涌的线路，当连接IPC的网线上出现耦合浪涌时，浪涌电流自T1的中心抽头输出。当浪涌来自中心抽头的N1时，由于第一二极管D1、第二二极管D2的反向电压较大，第一二极管D1截止，浪涌自防护器件PD1进行泄放。当浪涌来自中心抽头的N2时，第二二极管D2截止，第一二极管D1正向导通，浪涌自防护器件PD1进行泄放。当浪涌来自电源输入端时，第一二极管D1截止，浪涌自防护器件PD1进行泄放。
图4中的虚线示出了共模负极性浪涌的线路，当浪涌来自逻辑地(GND)时，浪涌电流自GND输出，经过防护器件PD1的钳位后，再输入到中心抽头N1，不会对后级芯片造成影响。一般来说来自逻辑地(GND)的浪涌都经过防护器件PD1进行钳位，如果经过第二二极管D2，也输入到中心抽头N2，接到电源的负极，一般电源的负极也是接到逻辑地，不会对后级芯片造成影响。
由上述工作原理可知，对于共模浪涌，通过防护器件PD1进行了泄放，不会对后级芯片造成影响。
对于中心抽头线间差模浪涌，同样由于防护器件PD1的启动电压小于第一二极管D1的击穿电压，所以差模浪涌通过防护器件PD1或第一二极管D1来进行钳位，保护后级芯片。
具体地，差模浪涌路径如图5和图6所示：
其中图5中的虚线示出了浪涌来自中心抽头N2的情况，此时第一二极管D1导通，浪涌经过第一二极管D1来进行钳位，经过第一二极管D1的钳位后，再输入到中心抽头N1不会对后级芯片造成影响。
图6中虚线示出了浪涌来自中心抽头N1的情况，此时第一二极管D1截止，第二二极管D2导通，浪涌经过防护器件PD1进行钳位后，接到GND。浪涌经逻辑地GND后，经过第二二极管D2，回流到中心抽头N2，接到电源的负极，一般电源的负极也是接到逻辑地，不会对后级芯片造成影响。
同样，对于差模浪涌，连接IPC的网线上出现耦合浪涌时，浪涌经过本实施例以太网供电浪涌防护电路都回流到浪涌的发生地，构成了回路，不会对后级芯片造成影响。
本实施例浪涌防护电路用在以太网供电系统中的供电设备，能够为以太网供电设备提供较高的浪涌防护能力。
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其进行限制，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种以太网供电浪涌防护电路，包括电源输入端、PSE控制器、和网络变压器，其特征在于，所述以太网供电浪涌防护电路还包括防护器件(PD1)、第一二极管(D1)和第二二极管(D2)，其中防护器件(PD1)的一端连接电源输入端，另一端连接地，第一二极管(D1)的负极接电源输入端，第一二极管(D1)的正极接第二二极管(D2)的负极，第二二极管(D2)的正极接地，而网络变压器的中心抽头分别连接第一二极管(D1)的负极和第二二极管(D2)的负极。
2.根据权利要求1所述的以太网供电浪涌防护电路，其特征在于，所述防护器件(PD1)的钳位电压小于第一二极管(D1)和第二二极管(D2)的击穿电压。
3.根据权利要求2所述的以太网供电浪涌防护电路，其特征在于，所述防护器件(PD1)的钳位电压、所述第一二极管(D1)和第二二极管(D2)的击穿电压，均满足预设的防护等级的要求。
4.根据权利要求3所述的以太网供电浪涌防护电路，其特征在于，所述第一二极管(D1)的电流流通量满足预设的防护等级的要求。
5.根据权利要求3所述的以太网供电浪涌防护电路，其特征在于，所述防护器件(PD1)的浪涌响应时间小于10-11秒。
6.根据权利要求1所述的以太网供电浪涌防护电路，其特征在于，所述防护器件（PD1）为瞬态抑制二极管。
7.一种以太网供电系统中的供电设备，其特征在于，所述供电设备设置有如权利要求1-6任一权利要求所述的浪涌防护电路。
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