CN215221727U - 信号浪涌保护电路以及浪涌保护器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种信号浪涌保护电路以及浪涌保护器。其中，该信号浪涌保护电路包括：采用第二电阻器件、电容器件以及瞬态抑制二极管通过信号传输线并联，构成分压支路；第一电阻器件通过信号传输线串联于分压支路；其中，信号传输线通过第一电阻器件，得到信号浪涌保护电路的第一电压，第一电压通过分压支路减少至第二电压的方式，达到了在电压信号过大的情况下，对残余的电压浪涌进行防护的目的，进而解决了现有技术中，电路遭受高频噪声导致耐受性差的技术问题。

Description

信号浪涌保护电路以及浪涌保护器

技术领域

本实用新型涉及电路技术领域，具体而言，涉及一种信号浪涌保护电路以及浪涌保护器。

背景技术

以太网供电(POE)，广泛应用于一些基于IP的设备终端，相当于省去了相机的DC供电接口，使用一根网络线缆就可以同时供电和信号传输。如基于IP的电话机、无线局域网接入点AP、网络摄像机等产品。

在以太网中，为了保护后级PoE芯片，电阻选用低压大功率型压敏电阻，瞬态电压抑制二极管选用低压大功率。对关键信号使用电容进行滤波。低压大功率型压敏器件寄生电容大，恶化EMI效果。其在PoE系统关键信号线没有具体的防护，无法解决PD(PowerDevice)芯片固有拓扑缺陷，在电路遭受高频噪声导致耐受性差的技术问题。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种信号浪涌保护电路以及浪涌保护器，以至少解决现有技术中，电路遭受高频噪声导致耐受性差的技术问题。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种信号浪涌保护电路，包括：第一电阻器件、第二电阻器件、电容器件、瞬态抑制二极管，信号传输线，其中：所述第二电阻器件、所述电容器件以及所述瞬态抑制二极管通过所述信号传输线并联，构成分压支路；所述第一电阻器件通过所述信号传输线串联于所述分压支路；信号经所述信号传输线依次通过所述第一电阻器件以及分压电路。

可选的，所述的信号浪涌保护电路，还包括：电感器件，其中：在所述电容器件停止工作的情况下，所述电感器件并联于所述分压支路。

可选的，所述的信号浪涌保护电路，还包括：静电阻抗器，其中：在所述瞬态抑制二极管停止工作的情况下，所述静电阻抗器并联于所述分压支路。

可选的，所述第二电阻为贴片电阻。

可选的，所述的信号浪涌保护电路，还包括故障指示单元，所述故障指示单元于所述分压支路串联。

可选的，所述故障指示单元包括并联反向的一个二极管和一个LED指示灯。

根据本实用新型实施例的另一方面，还提供了一种浪涌保护器，所述浪涌保护器包括上述信号浪涌保护电路。

在本实用新型实施例中，第二电阻器件、电容器件以及瞬态抑制二极管通过信号传输线并联，构成分压支路；第一电阻器件通过信号传输线串联于分压支路；信号经信号传输线依次通过第一电阻器件以及分压电路，信号浪涌保护电路采用电阻器件、电容器件以及瞬态抑制二极管器件实现第三级保护，通过优选电路器件，使两级间能量配合达到最佳，保护效果最好，电路中电容小，对信号的响应速度快，插入损耗低，嵌位可靠；可方便地接入安装在被保护信号系统，达到了在电压信号过大的情况下，对残余的电压浪涌进行防护的目的，进而解决了现有技术中，电路遭受高频噪声导致耐受性差的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的一种可选的信号浪涌电路原理图(一)；

图2是根据本实用新型实施例的一种可选的信号浪涌电路原理图(二)；

图3是根据本实用新型实施例的一种可选的供电系统的结构框图；

图4是根据本实用新型实施例的一种可选的浪涌防护电路的电路框图；

图5是根据本实用新型实施例的一种可选的关键防护电路模块的电路框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种信号浪涌保护电路，如图1所示，信号浪涌保护电路的原理图(一)。

信号浪涌保护电路，可以包括：第一电阻器件、第二电阻器件、电容器件、瞬态抑制二极管，信号传输线，其中：第二电阻器件、电容器件以及瞬态抑制二极管通过信号传输线并联，构成分压支路；第一电阻器件通过信号传输线串联于分压支路；信号经信号传输线依次通过第一电阻器件以及分压电路。

可选的，在本实施例中，上述信号浪涌保护电路可以包括但不限于应用于以太网中电源或信号的传输中。

在本实施例中，上述第二电阻器件可选用贴片电阻(R)，其中，所述第二电阻器件构成了信号浪涌保护电路的第一级防护器件，需要说明的是，第一级防护器件需满足下列两个条件：第一，其特定频段阻抗值阻值要求在8kΩ及以下，否则会影响直流降压器DCDC上电时候的电源自身功能要求。第二，需要与第三级防护器件同时使用。

其中，上述电容器件可选用为小封装电容，其中，所述电容器件构成了所述浪涌保护电路的第二级防护器件，该第二级防护器件需满足下列三个条件：第一，电容器件的耐压值需要大于该电容器件的使能管脚的电压值。第二，电容器件的容值建议选取1uF及以上、且容值不可过大，且需要与第五级防护器件(请参阅后文结合图4的具体描述)搭配使用。第三，该电容器件在PCB布板时需要靠近DCDC芯片使能管脚放置。

在本实施例中，上述信号浪涌保护电路中的第四防护器件(请参阅后文结合图4的具体描述)可以包括但不限于选用瞬态抑制二极管器件(Transient VoltageSuppressors，简称TVS)，如可选用双向小功率的瞬态电压抑制二极管，或者选用静电释放(Electro-Static discharge，简称ESD)防护器件，如可选用单项的钳位器件，理解为信号浪涌电路中的第三级防护器件，瞬态抑制二极管器件的工作电压必须要大于DCDC芯片的使能点。

通过本申请提供的实施例，采用第二电阻器件、电容器件以及瞬态抑制二极管通过信号传输线并联，构成分压支路；第一电阻器件通过信号传输线串联于分压支路；其中，信号传输线通过第一电阻器件，信号经信号传输线依次通过第一电阻器件以及分压电路，达到了在电压信号过大的情况下，对残余的电压浪涌进行防护的目的，进而解决了现有技术中，电路遭受高频噪声导致耐受性差的技术问题。

在本实施例中，信号浪涌保护电路采用电阻器件、电容器件以及瞬态抑制二极管器件实现第三级保护，通过优选电路器件，使两级间能量配合达到最佳，保护效果最好，电路中电容小，对信号的响应速度快，插入损耗低，嵌位可靠；可方便地接入安装在被保护信号系统，整体结构设计也为今后提供多组信号线的保护电路预留了技术发展空间。

如图2所示，信号浪涌保护电路的原理图(二)，图2所述电路原理图在图1信号浪涌保护电路的基础上作出进一步设计。

在本实施例中，信号浪涌保护电路，还可以包括：电感器件，其中：在电容器件停止工作的情况下，电感器件并联于分压支路。

在本实施例中，在电容器件坏掉或出现故障的情况下，上述分压电路中的电容器件可以替换为电感器件，进而满足电路的需求。

可选的，信号浪涌保护电路，还可以包括：静电阻抗器，其中：在瞬态抑制二极管停止工作的情况下，静电阻抗器并联于所述分压支路。

在本实施例中，在瞬态抑制二极管坏掉或出现故障的情况下，上述分压电路中的瞬态抑制二极管可以替换为静电阻抗器，进而满足浪涌保护电路的需求。

其中，上述第二电阻为贴片电阻。

可选的，信号浪涌保护电路，还可以包括故障指示单元，故障指示单元与分压支路串联。

其中，上述故障指示单元可以包括并联反向的一个二极管和一个LED指示灯。

可选的，在本申请中还提供了一种可选的实施例POE系统关键信号的防护电路。

如图3所示，供电系统的结构框图。其中，网络信号或电源信号通过一根光缆输入至网络端口，网络信号或电源信号经过网络端口进入整流桥电路，对电源信号进行整流，将整流后的电源信号或网络信号输入至PD芯片，从PD芯片输出的电源信号和网络信号通过DC/DC隔离电路，输出电源。

其中，电源信号可以输入电源端口，电源信号通过整流桥电路，输出整流后的电源信号，经过一个合路二极管，通过DC/DC隔离电路，输出电源。

可选的，在本实施例中，PoE系统关键信号的防护电路，主要应用于以太网供电领域，能够满足PoE系统共模6kV，差模6kV设备在电压信号过大的情况下，对残余的电压浪涌进行防护的目的。如图4所示，浪涌防护电路的电路框图，图5所示，关键防护电路模块的电路框图。

如图4和图5中所示，供电电路中包括7级保护器件。具体说明如下。

第一级浪涌防护器件可以为TVS，也可选择为压敏器件。放置在电源整流后电源输入的负极与大地之间，工作电压选取58V的钳位器件。

第二级防护器件可选用为耐压2kV及以上的电容，也可以是Y电容。当产品使用在户外时，需要满足安规耐压标准。

第三级防护器件可选用为小封装电容，小封装电容至少需满足三个条件：第一，电容的耐压值需要大于使能管脚的电压值。第二，电容值可以选取1uF及以上、电容值不可以过大，且需要与第五级防护器件搭配使用。第三，电容在PCB布板时，需要靠近DCDC芯片使能管脚放置。

第四级防护器件可选用双向小功率的TVS或者ESD防护器件，也可选用单向的钳位器件，其工作电压必须要大于DCDC芯片的使能点。

第五级防护器件可选用贴片电阻(R)或电感器(L)，至少需满足两个条件：第一，其特定频段阻抗值阻值要求在8kΩ及以下，否则会影响DCDC上电时候的电源自身功能要求。第二，需要与第三级防护器件同时使用。

第六级浪涌防护器件可以为TVS，也可选择为压敏器件。放置在网络整流后电源输入的负极与保护地之间。

第七级浪涌防护器件也可选择为压敏器件。放置在网络整流后电源输入的负极与正极之间。

需要说明的是，第三级浪涌防护器件、第四级浪涌防护器件、第五级浪涌防护器件构成了关键防护电路，该关键防护电路是信号浪涌防护的电路。

其中，关键防护电路的工作状态说明如下。

正常工作状态下，PoE系统上电过程及时序如下：PD芯片两个引脚之间VDD(工作电压)和VSS(电路公共接地端电压)之间的电压差达到开启电压Von(40V)及以上时，PD进行正常上电检测。此时，PG的电压会因为PD芯片内部驱动信号传送至其开漏结构的G极，导致拉低。在电路上，PG管脚与EN管脚直连，电压同时拉低。此时，保证DCDC芯片无法进行上电检测。当PD芯片完成电压分级检测后，PD芯片控制PG管脚的内部MOS管关断。DCDC芯片的EN管脚电压重新拉高，DCDC芯片进行上电。

浪涌信号从网络整流桥堆进来的时候。

1)浪涌以差分形式施加在PoE电源正极与负极时，第七级防护器件，(TVS)动作，浪涌残余电压会施加在PD芯片的VDD(电源端)和VSS之间。当其电压超过Von电压时，PD芯片必然动作进行上电检测。此时，PD芯片上电检测处于异常的开启状态。PD芯片的PG管脚在芯片内部为开漏结构，且内部驱动信号进行PG管脚的电压下拉，同时，DCDC芯片EN管脚也受下拉影响。第三级防护器件(C)通过其自身存储的电荷，在PD芯片的PG管脚异常开启的时间段内对PD芯片的PG管脚放电，以提供EN管脚的电压支撑，能够防止PWN芯片DCDC芯片的EN脚下拉至欠压保护点，保证EN管脚不会因为差分形式浪涌问题导致DCDC芯片重启。

2)浪涌以共模形式施加在网络整流桥堆与保护地之间时，此时，第一级防护器件(TVS)和第六级防护器件(TVS)动作进行电压钳位，保证PD芯片和后级电路不被打坏。

需要说明的是，当系统为非隔离DCDC电源时，保护地和DCDC芯片参考地为直连等电位，浪涌噪声会直接通过保护地到达DCDC芯片参考地，其噪声电流流向为保护地→DCDC芯片参考地→第三级防护器件(C)→PD芯片的PG管脚→PD芯片的VSS管脚。其中，第三级防护器件(C)下极板受到芯片参考地上的噪声时，上极板电势与下极板电势变化保持一致。保护地上的浪涌噪声通过第三级防护器件(C)耦合至PG信号线上。2)当系统为隔离电源系统时，第二级防护提供了EMI的噪声回流路径，但浪涌噪声会通过第二级防护器件(C)，导致DCDC芯片的参考地上存在浪涌噪声。其噪声电流流向为保护地→DCDC芯片参考地→第二级防护器件(C)→第三级防护器件(C)→PD芯片的PG管脚→PD芯片的VSS管脚。由于，此噪声由于快速的上升沿，存在高频分量，会造成PG与VSS管脚之间芯片内部ESD防护MOS的D脚和G脚所寄生的电容充电，导致内部驱动信号变高，开漏结构的内部MOS打开，如图5所示。此时，PD芯片PG电位拉低并去拉EN，导致DCDC芯片重启。因此，增加第五级防护器件(R)的阻值，进行退耦。图5中的第五级防护器件仅展示贴片电阻(R)，可用电感器(L)进行替换。

静电从DCDC芯片参考地进来的时候。

1)DCDC芯片的EN脚受到静电的影响。常见的情况有：第一，DCDC芯片EN管脚未做芯片内部ESD防护时延。第二，在PCB板上EN信号走线长，参考不完整。此时，与浪涌保护机制同理，第三级防护器件(C)电容保证EN管脚电平电压超过其欠压保护点电压，第四级防护器件对于DCDC芯片的EN管脚电位做钳位保护。

其中，在本实施例中，防护电路采用RC或LC+TVS组合，实现对PoE系统的双向保护，防止高频噪声导致的重启问题。

通过本申请提供的实施例，增加RC+TVS组合或者LC+TVS组合的优点，即成本低，空间小且同时解决三个抗扰问题。仅增加了RC+TVS组合或者LC+TVS组合，其防护成本相对于增加防护器件的成本基本可以忽略不计。其涉及的RC+TVS或者LC+TVS组合的封装可以满足性能要求，对于空间要求低。适用性广，解决多种方式抗扰问题。选取的R值，能够抑制全频段噪声另外，防护适用于抑制多种方式进来的噪声，尤其体现在影响敏感信号线PG和EN的尖峰脉冲。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种信号浪涌保护电路，其特征在于，包括：第一电阻器件、第二电阻器件、电容器件、瞬态抑制二极管，信号传输线，其中：

所述第二电阻器件、所述电容器件以及所述瞬态抑制二极管通过所述信号传输线并联，构成分压支路；

所述第一电阻器件通过所述信号传输线串联于所述分压支路；

信号经所述信号传输线依次通过所述第一电阻器件以及分压电路。

2.根据权利要求1所述的信号浪涌保护电路，其特征在于，包括：电感器件，其中：

在所述电容器件停止工作的情况下，所述电感器件并联于所述分压支路。

3.根据权利要求1所述的信号浪涌保护电路，其特征在于，包括：静电阻抗器，其中：

在所述瞬态抑制二极管停止工作的情况下，所述静电阻抗器并联于所述分压支路。

4.根据权利要求1所述的信号浪涌保护电路，其特征在于，包括：所述第二电阻器件为贴片电阻。

5.根据权利要求1至3任一项所述的信号浪涌保护电路，其特征在于，包括故障指示单元，所述故障指示单元与所述分压支路串联。

6.根据权利要求5所述的信号浪涌保护电路，其特征在于，所述故障指示单元包括并联反向的一个二极管和一个LED指示灯。

7.一种浪涌保护器，其特征在于：所述浪涌保护器包括如权利要求1至权利要求6任一权利要求所述的信号浪涌保护电路。

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