CN208158115U - 一种poe交换机的防雷电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种POE交换机的防雷电路，该防雷电路包括：第一电路和第二电路，第一电路包括陶瓷气体放电管AR1和第一电容C1，第一电容C1为高压电容，陶瓷气体放电管AR1和第一电容C1并联，且陶瓷气体放电管AR1的一端与隔离变压器远离POE交换机PHY一侧的中心抽头相连，陶瓷气体放电管AR1的另一端接地；第二电路包括第一瞬态稳压二极管D1和半导体放电管D2，第一瞬态稳压二极管D1两端分别连接POE供电芯片的VMAIN脚和AGND脚，半导体放电管D2的一端连接POE供电芯片的VMAIN脚，半导体放电管D2的另一端接地。本实用新型提供的POE交换机的防雷电路，在交换机上进行防雷设计，减少了网络部署的复杂度，增加了网络的稳定性和可控性。

Description

一种POE交换机的防雷电路

技术领域

本实用新型涉及防雷应用技术领域，具体涉及一种POE交换机的防雷电路。

背景技术

网络的大力建设促进交换机市场快速增长，尤其随着高速802.11ac的商用，无线终端接入速率已经可以达到1.3Gbps；在后续演进的802.11ac wave2中，最高速率可达到6.9Gbps。无线局域网接入点WLAN AP的速率对于有线侧的接入带宽也提出了更高的要求。当前，接入交换机一般为千兆端口(1Gbps)，显然无法满足802.11ac的连接要求。尽管采用万兆交换机(10Gbps)可以提供更高的带宽，但是万兆端口需要配套Cat 6/6a线缆，将会导致现有网络中已经大量部署的线缆(例如，Cat 5e)无法被合理利用，只能用配套的Cat 6/6a线缆，成本较高。因此，在这种情况下，业界提出了2.5G POE交换机的需求。

一般千兆交换机的端口的传输速率是1000M，端口提供的最大功率是30W，然而，2.5G的POE(Power over Ethernet)交换机与普通的千兆交换机相比，传输速率和端口所提供的最大功率都做了较大的提升，使得2.5G的POE交换机在未来网络建设中会更加广泛应用。

与此同时，POE交换机端口在大功率环境下，端口长期运行的稳定性作了更高的要求。为了确保POE交换机在雷雨频繁的地区依旧可以稳定运行，需要对POE交换机端口进行防雷设计。

现有技术中，传统的防雷设计有两种，第一种是在网络传输中间加装防雷器，另一种是在下挂的无线局域网接入点AP端加防护器件。然而，若是在网络传输中间加装防雷器，则需要对每个网络传输线缆位置均加装防雷器，若是在下挂的无线局域网接入点AP端加防护器件，则需要对每个AP端，即每个PD设备(用电设备)都需要加防护器件，都将会使用到较多数量的防雷器或防护器件，不仅成本较高，而且安装过程繁琐，大大增加网络部署的复杂度，不利于整个传输网络的稳定性和可控性。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种POE交换机的防雷电路，在交换机上进行防雷设计，减少了网络部署的复杂度，增加了网络的稳定性和可控性。

为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是：

一种POE交换机的防雷电路，所述POE交换机包括POE交换机PHY、隔离变压器、POE交换机接口和POE供电芯片，所述POE交换机接口连接有用电设备，所述隔离变压器两侧分别连接所述POE交换机PHY和POE交换机接口，所述POE供电芯片分别连接所述隔离变压器和POE交换机接口；

所述防雷电路包括：

第一电路，所述第一电路包括陶瓷气体放电管AR1和第一电容C1，所述第一电容C1为高压电容，所述陶瓷气体放电管AR1和第一电容C1并联，且所述陶瓷气体放电管AR1的一端与隔离变压器远离所述POE交换机PHY一侧的中心抽头相连，所述陶瓷气体放电管AR1的另一端接地；

第二电路，所述第二电路包括第一瞬态稳压二极管D1和半导体放电管D2，所述第一瞬态稳压二极管D1两端分别连接所述POE供电芯片的VMAIN脚和AGND脚，所述半导体放电管D2的一端连接所述POE供电芯片的VMAIN脚，所述半导体放电管D2的另一端接地。

在上述技术方案的基础上，所述POE交换机PHY的每个端口和隔离变压器通过若干对数据信号线相连，所述防雷电路还包括第三电路，所述第三电路包括与所述数据信号线对数相同的第三瞬态稳压二极管D3，每对数据信号线之间均对应设有一第三瞬态稳压二极管D3。

在上述技术方案的基础上，所述第一电路还包括至少一个第一电阻R1和至少一个第二电容C2，所述第一电阻R1和第二电容C2串联后一端连接隔离变压器远离所述POE交换机PHY一侧的中心抽头，另一端连接所述第一电容C1。

在上述技术方案的基础上，所述隔离变压器包括四对线圈，所述第一电路包括四个第一电阻R1和四个第二电容C2，四个远离所述POE交换机PHY一侧的线圈的中心抽头均连接在一起，且四个远离所述POE交换机PHY一侧的线圈的中心抽头在分别串联一个第一电阻R1和一个第二电容C2后均连接在一起，所述第一电容C1和所有的第二电容C2均相连。

在上述技术方案的基础上，所述隔离变压器和POE交换机接口均集成在RJ45内。

在上述技术方案的基础上，所述隔离变压器包括四对线圈，四个靠近所述POE交换机PHY一侧的线圈的中心抽头均连接有一第三电容C3，所述第三电容C3的另一端接地。

在上述技术方案的基础上，所述第一电容C1的额定工作电压为2KV，电容量为1000PF。

在上述技术方案的基础上，所述第二电路还包括第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第四电容C4、第五电容C5、第七电容C7和第二电阻R2，所述第四二极管D4的阴极、第五二极管D5的阳极、第六二极管D6的阳极均与所述POE供电芯片的VPORT_OUT脚相连，所述第四二极管D4的阳极与所述POE供电芯片的AGND脚相连，所述第五二极管D5的阴极与所述POE供电芯片的VPORT_NEG相连，所述第六二极管D6的阴极与所述POE供电芯片的VMAIN脚相连，所述第二电阻R2两端分别连接所述POE供电芯片的VPORT_OUT脚和VMAIN脚，所述第四电容C4的两端分别连接所述POE供电芯片的VPORT_OUT脚和机壳地，所述第五电容C5的两端分别连接所述POE供电芯片的AGND脚和机壳地，所述第七电容C7两端分别连接所述第六二极管D6的阴极和第五二极管D5的阴极。

在上述技术方案的基础上，所述第二电路还包括第六电容C6和第七二极管D7，所述第六电容C6的两端分别连接所述POE供电芯片的VMAIN脚和AGND脚，所述第七二极管D7的阳极连接所述第六二极管D6的阴极，所述第七二极管D7的阴极连接所述POE供电芯片的VMAIN脚。

在上述技术方案的基础上，所述POE供电芯片型号为PD29608。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

(1)本实用新型中的POE交换机的防雷电路，在交换机上进行防雷设计，在实际使用中，通常交换机会连接多个用电设备，此时，交换机相当于所有用电设备的供电源端，因此，在交换机上进行防雷设计，相当于源端上进行防雷设计，只需在交换机这个位置进行设置即可，无需在每个用电设备上单独进行防雷设计，不仅成本较低，安装过程简单，而且减少了网络部署的复杂度，增加了网络的稳定性和可控性。

(2)本实用新型中的POE交换机的防雷电路还包括第三电路，当雷击浪涌经过用电设备一侧传输至POE交换机时，首先会经过第一电路，通过陶瓷气体放电管AR1和第一电容C1可以进行大部分的电流泄放，可以对共模进行防护，然后再经过第三电路，通过第三瞬态稳压二极管D3对雷击浪涌的残压进行钳位，可以对差模进行防护，更好地保护POE交换机中的芯片不受损害，使电路防雷效果更佳。

(3)本实用新型中隔离变压器和POE交换机接口均集成在RJ45插头内，使得本实施例中的防雷电路集成度较高，使用起来更加方便。

(4)本实用新型中POE交换机的防雷电路还可以通过第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第四电容C4、第五电容C5、第七电容C7和第二电阻R2进行电流泄放，使得防雷效果更好。

附图说明

图1为本实用新型实施例中POE交换机的结构框图；

图2为本实用新型实施例中第一电路的示意图；

图3为本实用新型实施例中第二电路的示意图；

图4为本实用新型实施例中第三电路的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细说明。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例1

参见图1所示，本实用新型实施例提供了一种POE交换机的防雷电路，所述POE交换机包括POE交换机PHY、隔离变压器、POE交换机接口和POE供电芯片，所述POE交换机接口连接有用电设备，所述隔离变压器两侧分别连接所述POE交换机PHY和POE交换机接口，所述POE供电芯片分别连接所述隔离变压器和POE交换机接口。在本实施例中，POE交换机PHY应理解为POE交换机的物理层接口(physical layer interface)。

所述POE交换机的防雷电路包括第一电路和第二电路。

参见图2所示，所述第一电路包括陶瓷气体放电管AR1和第一电容C1，所述第一电容C1为高压电容，所述陶瓷气体放电管AR1和第一电容C1并联，且所述陶瓷气体放电管AR1的一端与隔离变压器远离所述POE交换机PHY一侧的中心抽头相连，所述陶瓷气体放电管AR1的另一端接地。

优选地，所述第一电容C1的额定工作电压为2KV，电容量为1000PF。

结合图1和图2所示，通常POE交换机PHY有多个端口，每个端口对应连接一用电设备，在图2中仅示意出了POE交换机PHY的一个端口通过隔离变压器和一个用电设备相连。并且，所述第一电路设置在POE交换机与用电设备连接的网络线缆(Network Cable，简称NC)上，POE交换机接口在图2中未示意出，故在图2中仅示意出了隔离变压器和用电设备之间的网络线缆连接。

本实用新型实施例中的第一电路属于线路防护，主要是为了防止雷击浪涌的冲击能量对线路的损害。

参见图3所示，所述第二电路包括第一瞬态稳压二极管D1和半导体放电管D2，所述第一瞬态稳压二极管D1两端分别连接所述POE供电芯片的VMAIN脚和AGND脚，所述半导体放电管D2的一端连接所述POE供电芯片的VMAIN脚，所述半导体放电管D2的另一端接地。

在本实施例中，第一瞬态稳压二极管D1的型号为SMBJ58A，其额定反向关断电压为58V，击穿电压在64.4V-71.2V，最大钳位电压为93.6V，其主要作用是对POE供电芯片的供电VMAIN(典型工作电压48V)进行防护。

在本实施例中，半导体放电管D2是一种带负阻或正阻的新型浪涌吸收器，具有导通阻抗和开通电压低，响应速度快，电流通量大及可靠性高的特点。所述半导体放电管D2的击穿电压为275V,可通过浪涌电流800A，其位于端口侧放置，当雷击通过网线传递过来时迅速将高能量进行泄放，而起到保护作用。

本实用新型实施例中的第二电路属于芯片防护，主要是为了防止雷击浪涌的冲击能量对POE供电芯片的损害。

本实用新型实施例中的POE交换机的防雷电路的工作原理为：当通信设备发生雷击事件后，雷击浪涌的冲击能量通过陶瓷气体放电管AR1和第一电容C1进行电流泄放，从而保护POE交换机到用电设备之间的线路不被雷击浪涌损坏；同时，第一瞬态稳压二极管D1可以将POE供电芯片的工作电压进行钳位，雷击浪涌的冲击能量通过半导体放电管D2进行电流泄放，从而保护POE供电芯片，使其免受损坏。

本实用新型实施例中的POE交换机的防雷电路，在交换机上进行防雷设计，在实际使用中，通常交换机会连接多个用电设备，此时，交换机相当于所有用电设备的供电源端，因此，在交换机上进行防雷设计，相当于源端上进行防雷设计，只需在交换机这个位置进行设置即可，无需在每个用电设备上单独进行防雷设计，不仅成本较低，安装过程简单，而且减少了网络部署的复杂度，增加了网络的稳定性和可控性。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：参见图4所示，所述POE交换机PHY的每个端口和隔离变压器通过若干对数据信号线相连，所述防雷电路还包括第三电路，所述第三电路包括与所述数据信号线对数相同的第三瞬态稳压二极管D3，每对数据信号线之间均对应设有一第三瞬态稳压二极管D3。

具体地，所述POE交换机PHY的每个端口和隔离变压器通过四对差分数据信号线相连，四对差分数据信号线(Data Wire，简称DW)分别标记为DW1和DW2、DW3和DW6、DW4和DW5、DW7和DW8，其中DW1和DW2分别对应第一对差分数据信号线的正极TR1+和负极TR1-，DW3和DW6分别对应第二对差分数据信号线的正极TR2+和负极TR2-，DW4和DW5分别对应第三对差分数据信号线的正极TR3+和负极TR3-，DW7和DW8分别对应第四对差分数据信号线的正极TR4+和负极TR4-。

在这四对差分数据信号线中，在千兆以太网工作情况下都用来进行数据传输，由于供电是直流信号，而数据是交流差分信号，故可同时在差分数据信号线对上共存，可以选取其中两对数据信号线用来对用电设备进行供电。在本实施例中，通过DW1、DW2、DW3、DW6这四根线进行供电。

在本实施例中，每对数据信号线之间均对应设有一第三瞬态稳压二极管D3，第三瞬态稳压二极管D3的阳极连接每对差分数据信号线的负极，第三瞬态稳压二极管D3的阴极连接每对差分数据信号线的正极。

本实用新型实施例中的第三电路属于线路侧防护，主要是为了防止雷击浪涌的残压对POE交换机中的芯片造成损害，使得防雷效果更好。

本实用新型实施例中的POE交换机的防雷电路的工作原理为：当雷击浪涌经过用电设备一侧传输至POE交换机时，首先会经过第一电路，通过陶瓷气体放电管AR1和第一电容C1可以进行大部分的电流泄放，可以对共模进行防护，然后再经过第三电路，通过第三瞬态稳压二极管D3对雷击浪涌的残压进行钳位，可以对差模进行防护，更好地保护POE交换机中的芯片不受损害，使电路防雷效果更佳。

实施例3

本实施例和实施例1的区别在于：参见图2所示，所述第一电路还包括至少一个第一电阻R1和至少一个第二电容C2，所述第一电阻R1和第二电容C2串联后一端连接隔离变压器远离所述POE交换机PHY一侧的中心抽头，另一端连接所述第一电容C1。

具体地，所述隔离变压器和用电设备通过四对网络线缆(NetworkCable，简称NC)相连，这四对网络线缆分别标记为NC1和NC2、NC3和NC6、NC4和NC5、NC7和NC8，其中NC1和NC2分别对应第一对网络线缆的正极TX1+和负极TX1-，NC3和NC6分别对应第二对网络线缆的正极TX2+和负极TX2-，NC4和NC5分别对应第三对网络线缆的正极TX3+和负极TX3-，NC7和NC8分别对应第四对网络线缆的正极TX4+和负极TX4-。

在这四对网络线缆中，有两对网络线缆用来进行数据传输，剩余的两对网络线缆用来对用电设备进行供电。在本实施例中，通过NC1、NC2、NC3、NC6这四根线对用电设备进行供电。

更进一步地，所述隔离变压器包括四对线圈，这四对线圈和四对网络线缆相对应，所述第一电路包括四个第一电阻R1和四个第二电容C2，四个远离所述POE交换机PHY一侧的线圈的中心抽头均连接在一起，且四个远离所述POE交换机PHY一侧的线圈的中心抽头在分别串联一个第一电阻R1和一个第二电容C2后均连接在一起，所述第一电容C1和所有的第二电容C2均相连。

并且，网络线缆NC1、NC2对应的隔离变压器的线圈的中心抽头位置电压为VC1，网络线缆NC3、NC6对应的隔离变压器的线圈的中心抽头位置电压为VC2。

在本实施例中，第一电阻R1为75Ω，第二电容C2为15nf。

实施例4

本实施例与实施例3的区别在于：所述隔离变压器包括四对线圈，四个靠近所述POE交换机PHY一侧的线圈的中心抽头均连接有一第三电容C3，所述第三电容C3的另一端接地。

本实施例中的第三电容C3可以对每个线圈的正极和负极电压起到较好的隔离作用，使防雷电路更加稳定可靠。

实施例5

本实施例与实施例1的区别在于：参见图1所示，所述隔离变压器和POE交换机接口均集成在RJ45插头内。RJ45是布线系统中信息插座(即通信引出端)连接器的一种，连接器由插头(接头、水晶头)和插座(模块)组成，插头有8个凹槽和8个触点。

所述第一电路和隔离变压器均集成在RJ45插头内，使得本实施例中的防雷电路集成度较高，使用起来更加方便。

实施例6

本实施例与实施例1的区别在于：参见图3所示，所述第二电路还包括第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第四电容C4、第五电容C5、第七电容C7和第二电阻R2，所述第四二极管D4的阴极、第五二极管D5的阳极、第六二极管D6的阳极均与所述POE供电芯片的VPORT_OUT脚相连，所述第四二极管D4的阳极与所述POE供电芯片的AGND脚相连，所述第五二极管D5的阴极与所述POE供电芯片的VPORT_NEG相连，所述第六二极管D6的阴极与所述POE供电芯片的VMAIN脚相连，所述第二电阻R2两端分别连接所述POE供电芯片的VPORT_OUT脚和VMAIN脚，所述第四电容C4的两端分别连接所述POE供电芯片的VPORT_OUT脚和机壳地，所述第五电容C5的两端分别连接所述POE供电芯片的AGND脚和机壳地，所述第七电容C7两端分别连接所述第六二极管D6的阴极和第五二极管D5的阴极。

更进一步地，所述第二电路还包括第六电容C6和第七二极管D7，所述第六电容C6的两端分别连接所述POE供电芯片的VMAIN脚和AGND脚，第七二极管D7的阳极连接第六二极管D6的阴极，第七二极管D7的阴极连接所述POE供电芯片的VMAIN脚。

并且，通常所述POE供电芯片的VPORT_OUT脚连接隔离变压器的VC2，第七二极管D7的阳极连接隔离变压器的VC1。

优选地，所述POE供电芯片型号为PD29608。

本实用新型实施例中的POE交换机的防雷电路的工作原理为：当通信设备发生雷击事件后，浪涌电流为交变电流，有正极性共模浪涌电流和负极性共模浪涌电流，若是正极性共模浪涌电流，浪涌电流从VPORT_OUT脚流入，大部分的浪涌电流直接通过第六二极管D6和半导体放电管D2进行电流泄放，少量的浪涌电流通过第五二极管D5和第七电容C7后一部分通过第四电容C4进行泄放，另一部分通过半导体放电管D2进行泄放；若是负极性共模浪涌电流，浪涌电流先后经过半导体放电管D2、第一瞬态稳压二极管D1、第四二极管D4后到达VPORT_OUT脚，在这一过程中进行电流泄放，从而实现防雷。

本实用新型实施例中的POE交换机的防雷电路还可以通过第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第四电容C4、第五电容C5、第七电容C7和第二电阻R2进行电流泄放，使得防雷效果更好。

本实用新型不仅局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本实用新型相同或相近似的技术方案，均在其保护范围之内。

Claims (10)

1.一种POE交换机的防雷电路，其特征在于，所述POE交换机包括POE交换机PHY、隔离变压器、POE交换机接口和POE供电芯片，所述POE交换机接口连接有用电设备，所述隔离变压器两侧分别连接所述POE交换机PHY和POE交换机接口，所述POE供电芯片分别连接所述隔离变压器和POE交换机接口；

所述防雷电路包括：

第一电路，所述第一电路包括陶瓷气体放电管AR1和第一电容C1，所述第一电容C1为高压电容，所述陶瓷气体放电管AR1和第一电容C1并联，且所述陶瓷气体放电管AR1的一端与隔离变压器远离所述POE交换机PHY一侧的中心抽头相连，所述陶瓷气体放电管AR1的另一端接地；

第二电路，所述第二电路包括第一瞬态稳压二极管D1和半导体放电管D2，所述第一瞬态稳压二极管D1两端分别连接所述POE供电芯片的VMAIN脚和AGND脚，所述半导体放电管D2的一端连接所述POE供电芯片的VMAIN脚，所述半导体放电管D2的另一端接地。

2.如权利要求1所述的POE交换机的防雷电路，其特征在于：所述POE交换机PHY的每个端口和隔离变压器通过若干对数据信号线相连，所述防雷电路还包括第三电路，所述第三电路包括与所述数据信号线对数相同的第三瞬态稳压二极管D3，每对数据信号线之间均对应设有一第三瞬态稳压二极管D3。

3.如权利要求1所述的POE交换机的防雷电路，其特征在于：所述第一电路还包括至少一个第一电阻R1和至少一个第二电容C2，所述第一电阻R1和第二电容C2串联后一端连接隔离变压器远离所述POE交换机PHY一侧的中心抽头，另一端连接所述第一电容C1。

4.如权利要求3所述的POE交换机的防雷电路，其特征在于：所述隔离变压器包括四对线圈，所述第一电路包括四个第一电阻R1和四个第二电容C2，四个远离所述POE交换机PHY一侧的线圈的中心抽头均连接在一起，且四个远离所述POE交换机PHY一侧的线圈的中心抽头在分别串联一个第一电阻R1和一个第二电容C2后均连接在一起，所述第一电容C1和所有的第二电容C2均相连。

5.如权利要求1所述的POE交换机的防雷电路，其特征在于：所述隔离变压器和POE交换机接口均集成在RJ45内。

6.如权利要求3所述的POE交换机的防雷电路，其特征在于：所述隔离变压器包括四对线圈，四个靠近所述POE交换机PHY一侧的线圈的中心抽头均连接有一第三电容C3，所述第三电容C3的另一端接地。

7.如权利要求1所述的POE交换机的防雷电路，其特征在于：所述第一电容C1的额定工作电压为2KV，电容量为1000PF。

8.如权利要求1所述的POE交换机的防雷电路，其特征在于：所述第二电路还包括第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第四电容C4、第五电容C5、第七电容C7和第二电阻R2，所述第四二极管D4的阴极、第五二极管D5的阳极、第六二极管D6的阳极均与所述POE供电芯片的VPORT_OUT脚相连，所述第四二极管D4的阳极与所述POE供电芯片的AGND脚相连，所述第五二极管D5的阴极与所述POE供电芯片的VPORT_NEG相连，所述第六二极管D6的阴极与所述POE供电芯片的VMAIN脚相连，所述第二电阻R2两端分别连接所述POE供电芯片的VPORT_OUT脚和VMAIN脚，所述第四电容C4的两端分别连接所述POE供电芯片的VPORT_OUT脚和机壳地，所述第五电容C5的两端分别连接所述POE供电芯片的AGND脚和机壳地，所述第七电容C7两端分别连接所述第六二极管D6的阴极和第五二极管D5的阴极。

9.如权利要求8所述的POE交换机的防雷电路，其特征在于：所述第二电路还包括第六电容C6和第七二极管D7，所述第六电容C6的两端分别连接所述POE供电芯片的VMAIN脚和AGND脚，所述第七二极管D7的阳极连接所述第六二极管D6的阴极，所述第七二极管D7的阴极连接所述POE供电芯片的VMAIN脚。

10.如权利要求1所述的POE交换机的防雷电路，其特征在于：所述POE供电芯片型号为PD29608。