CN213990136U - 一种多端口共享的压敏电阻导向pse接口雷击防护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多端口共享的压敏电阻导向PSE接口雷击防护电路，包括电源、具有多路输出的PSE芯片、TVS、压敏电阻MOV1‑MOV3以及多个网口隔离变压器，其中PSE芯片的输出对应多个网口隔离变压器，每个网口隔离变压器对应连接两组低压压敏导向电路，构成多路输出电路结构相同的多端口共享PSE电路；本实用新型通过小通流压敏电阻把共模雷击导向有保护的3&6线对，使多个端口共享1个压敏，1个TVS,每个POE+网口用2个压敏，总体防护成本大大降低，还有利于节省PCB布线面积。

Description

一种多端口共享的压敏电阻导向PSE接口雷击防护电路

技术领域

本实用新型属于通信技术领域，具体涉及一种多端口共享的压敏电阻导向PSE接口雷击防护电路。

背景技术

POE(Power Over Ethernet)指的是在现有的以太网Cat.5布线基础架构不作任何改动的情况下，在为一些基于IP的终端(如IP电话机、无线局域网接入点AP、网络摄像机等)传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供电的技术。POE技术能在确保现有结构化布线安全的同时保证现有网络的正常运作，最大限度地降低成本。

一个完整的POE系统包括供电端设备(PSE,Power Sourcing Equipment)和受电端设备(PD,Powered Device)两部分。PSE设备是为以太网客户端设备供电的设备,同时也是整个POE以太网供电过程的管理者。而PD设备是接受供电的PSE负载,即POE系统的客户端设备,如IP电话、网络安全摄像机、AP及掌上电脑(PDA)或移动电话充电器等许多其他以太网设备(实际上,任何功率不超过13W的设备都可以从RJ45插座获取相应的电力)。两者基于IEEE802.3af标准建立有关受电端设备PD的连接情况、设备类型、功耗级别等方面的信息联系,并以此为根据PSE通过以太网向PD供电。

在POE应用中，PSE是由48V电源供电的。

通常，PSE会有一些与大地接地相连的共模电容。这些电容可以是离散电容，也可以是PCB板的层间电容，或两类电容的结合。由于PSE实际上并不是浮动的，因此如果没有合适的保护，加于数据连接器上的任何电压瞬态都能造成PSE组件的电压击穿。对于PSE端口电源开关晶体管来说，尤其如此。因此，PSE端口的雷击浪涌保护是必不可少的。但是，在具有多个端口的PSE以太网交换机上对每个端口都实施保护在成本上和PCB布线面积上是不可接受的。

在POE+(Power over Ethernet Plus的缩写，简称增强型以太网供电，是POE的升级版，标准号为IEEE802.3at)中，PSE可选1&2，3&6或4&5，7&8供电，极性自定义，但PD必须支持1&2，3&6或4&5，7&8两种方式取电，极性自适应。

在POE++(标准号为IEEE802.3bt)中，1&2，3&6；4&5，7&8同时供电，4&5，7&8如同1&2，3&6一样处理。

如图1所示，在POE+中，假如1&2，3&6供电，通常的做法是4&5，7&8中心抽头对地加压敏电阻。其共模防护采用两个压敏电阻，成本高，PCB布线面积大，且布线不方便。为此笔者曾申请了如图2所示的多端口共享的PSE接口防雷电路，该电路在实际项目上推广获得很好的成本节约效益。

但是图2电路有一个明显的应用限制，就是普通快恢复二极管的前向峰值电流耐受能力@8/20波形时一般只有250A,超过300A则需要特殊定制快恢复二极管或指定个别厂家的器件，应用受限。通常情况下，室内网口共模雷击的要求是4kV@1.2/50us波形，1.2/50雷击信号发生源内阻2欧姆，测试时相关标准比如IEC61000-4-5规定网口8线上需要各配置有一个320或者200欧姆的串联限流电阻，即等效串联限流电阻为40欧姆或25欧姆，这样在4kV开路电压下对应的短路电流不超过148A@8/20。图2电路上该148A电流被三路分担，流过二极管的瞬态脉冲电流不超过50A，远远低于一般快恢复二极管的250A@8/20耐受能力。某些情况下假如流经快恢复二极管的8/20瞬态脉冲电流超过250A，则应用受到限制。

由于某些项目网口雷击规格确认为：共模4kV，1.2/50us波形，雷击发生器内阻2欧姆，参考我们国家通信行业标准YD/T 993,室内非屏蔽线测试时每线串联限流电阻10欧姆，由此计算出对应的网口共模短路电流,1230A@8/20，该电流较大，前面提到的(图2)二极管(250A@8/20)钳位导向保护电路应用受限，TVS和TSS也因通流问题不建议使用。

为此，发明人提出一种多端口共享的压敏电阻导向PSE接口防雷电路。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题是提供一种多端口共享的PSE接口雷击防护电路，在实施必要保护的同时，可以降低保护成本，节约PCB布线面积。

为解决上述问题，本实用新型所采取的技术方案是：

一种多端口共享的压敏电阻导向PSE接口雷击防护电路，其特征在于：包括电源、具有多路输出的PSE芯片、TVS、压敏电阻MOV1-MOV3以及多个网口隔离变压器，其中TVS为电源次级差模浪涌精细防护器件，并联在电源正、负端，电源正、负端连接PSE芯片电源输入端，为PSE芯片提供电源输入；压敏电阻MOV1一端连接电源正端，另一端接大地，为共模浪涌提供泄放通路；PSE芯片的输出对应多个网口隔离变压器，每个网口隔离变压器对应连接两个压敏电阻，构成多路输出电路结构相同的多端口共享PSE电路；其中任意一路的输出电路结构为：PSE芯片的输出依次经电阻R4、共模电感CMC负端线圈后连接网口隔离变压器1&2线对中心抽头以及压敏电阻MOV2一端，压敏电阻MOV2另一端分别连接共模电感CMC正端线圈输出侧、网口隔离变压器3&6线对中心抽头以及压敏电阻MOV3的一端，压敏电阻MOV3的另一端分别连接网口隔离变压器4&5非供电线对中心抽头以及网口隔离变压器7&8非供电线对中心抽头，电源依次经PSE芯片、共模电感CMC为网口隔离变压器1&2线对、3&6线对提供电能。

进一步的，所述压敏电阻MOV2和MOV3为60V启动的低压压敏。

更进一步的，所述压敏电阻MOV2和MOV3的通流能力为1kA@8/20。

优选的，所述压敏电阻MOV1的最大冲击电流为1.2/50us波形，2+10/8阻抗下，4kV防护选择4000A及以上。

优选的，所述共模电感CMC参数为电感量3.3毫亨，电流1A。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

本实用新型通过两个压敏电阻把网口隔离变压器的1&2，4&5，7&8中心抽头上的共模雷击导向对大地有保护的3&6线对，减少PSE的共模防护成本，使多个端口共享1个压敏，1个TVS,每个POE+网口用2个低压的压敏电阻，总体防护成本大大降低，还有利于节省PCB布线面积。

附图说明

图1是常用多端口PSE接口雷击防护电路；

图2是目前快恢复二极管导向多端口共享PSE防护电路原理图

图3是本实用新型电路原理图；

图4是本实用新型正向共模浪涌电流通路示意图；

图5是本实用新型负向共模浪涌电流通路示意图；

图6是本实用新型差模浪涌电流通路1示意图；

图7是本实用新型差模浪涌电流通路2示意图；

图8是本实用新型POE++下的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对实用新型做进一步详细描述：

PSE端口的雷击保护包含供电部分和数据部分的差共模雷击保护，本实用新型聚焦于供电部分的雷击防护。

通常的PSE端口供电部分的雷击防护包含针对每个端口各自独立的差共模防护，这样的防护，可靠性最高，但无疑成本也是最高的，有鉴于此，本实用新型提出一种多端口共享的压敏电阻导向的PSE雷击浪涌保护方案，可以在兼顾可靠性的前提下，大大降低防护成本。满足某些客户高电压低阻抗大电流雷击浪涌防护要求。

如图3所示，一种多端口共享的压敏电阻导向的PSE接口雷击防护电路，包括电源、具有多路输出的PSE芯片、TVS、压敏电阻MOV1-MOV3以及多个网口隔离变压器，其中TVS为电源次级差模浪涌精细防护器件，并联在电源正、负端，电源正、负端连接PSE芯片电源输入端，为PSE芯片提供电源输入；压敏电阻MOV1一端连接电源正端，另一端接大地，为共模浪涌提供泄放通路；PSE芯片的输出对应多个网口隔离变压器，每个网口隔离变压器对应连接两个压敏电阻，构成多路输出电路结构相同的多端口共享PSE电路；其中任意一路的输出电路结构为：PSE芯片的输出依次经电阻R4、共模电感CMC负端线圈后连接网口隔离变压器1&2线对中心抽头以及压敏电阻MOV2一端，压敏电阻MOV2另一端分别连接共模电感CMC正端线圈输出侧、网口隔离变压器3&6线对中心抽头以及压敏电阻MOV3的一端，压敏电阻MOV3的另一端分别连接网口隔离变压器4&5非供电线对中心抽头以及网口隔离变压器7&8非供电线对中心抽头，电源依次经PSE芯片、共模电感CMC为网口隔离变压器1&2线对、3&6线对提供电能。

来自网口隔离变压器的差模雷击经过压敏电阻MOV2的粗保护，再经过共模电感CMC的延迟，最后经过TVS得到精细保护，进一步抑制经压敏电阻MOV2后的残压，使得PSE芯片得到完全保护。

本实用新型中共模电感CMC另一个用途是用于PSE芯片的输出滤波。

为降低成本，便于PCB设计和布局，所述压敏电阻MOV2和MOV3选择60V启动的低压压敏。且所述压敏电阻MOV2和MOV3的通流能力为1kA@8/20。所述共模电感CMC参数为电感量3.3毫亨，电流1A。

为满足满足某些客户高电压低阻抗大电流雷击防护要求：所述压敏电阻MOV1的最大冲击电流为1.2/50us波形，2+10/8阻抗下，4kV防护选择4000A以上。

以上实施应用场景主要是针对POE+,对于POE++,需要1&2，3&6；4&5，7&8同时供电，也可以采用本实用新型的技术方案，1&2与4&5中心抽头合并,3&6与7&8中心抽头合并，保护电路是POE+的简化。

如图8所示，在POE+供电方式(图3)下进行改进，把1&2线对,4&5线对的中心抽头合并，把3&6线对,7&8线对的中心抽头合并，这样可以每个省去1个MOV3，同时将2线对供电变成了4线对供电，不影响PSE与PD之间的协议符合性，不影响PSE供电和PD取电，同等功率下网线上通过的电流减小了一半，单位长度网线上的压降变小，可以允许网线拉更远。

Claims (5)

1.一种多端口共享的压敏电阻导向PSE接口雷击防护电路，其特征在于：包括电源、具有多路输出的PSE芯片、TVS、压敏电阻MOV1-MOV3以及多个网口隔离变压器，其中TVS为电源次级差模浪涌精细防护器件，并联在电源正、负端，电源正、负端连接PSE芯片电源输入端，为PSE芯片提供电源输入；压敏电阻MOV1一端连接电源正端，另一端接大地，为共模浪涌提供泄放通路；PSE芯片的输出对应多个网口隔离变压器，每个网口隔离变压器对应连接两个压敏电阻，构成多路输出电路结构相同的多端口共享PSE电路；其中任意一路的输出电路结构为：PSE芯片的输出依次经电阻R4、共模电感CMC负端线圈后连接网口隔离变压器1&2线对中心抽头以及压敏电阻MOV2一端，压敏电阻MOV2另一端分别连接共模电感CMC正端线圈输出侧、网口隔离变压器3&6线对中心抽头以及压敏电阻MOV3的一端，压敏电阻MOV3的另一端分别连接网口隔离变压器4&5非供电线对中心抽头以及网口隔离变压器7&8非供电线对中心抽头，电源依次经PSE芯片、共模电感CMC为网口隔离变压器1&2线对、3&6线对提供电能。

2.根据权利要求1所述的一种多端口共享的压敏电阻导向PSE接口雷击防护电路，其特征在于：所述压敏电阻MOV2和MOV3为60V启动的低压压敏。

3.根据权利要求1或2所述的一种多端口共享的压敏电阻导向PSE接口雷击防护电路，其特征在于：所述压敏电阻MOV2和MOV3的通流能力为1kA@8/20。

4.根据权利要求1所述的一种多端口共享的压敏电阻导向PSE接口雷击防护电路，其特征在于：所述压敏电阻MOV1的最大冲击电流为1.2/50us波形，2+10/8阻抗下，4kV防护选择4000A以上。

5.根据权利要求1所述的一种多端口共享的压敏电阻导向PSE接口雷击防护电路，其特征在于：所述共模电感CMC参数为电感量3.3毫亨，电流1A。

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