【導讀】引言隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的飛速發(fā)展,以太網(wǎng)供電技術(shù)PoE(power over ethernet)得到了廣泛的應用。PoE技術(shù)是指在以太網(wǎng)為終端傳輸數據信號的同時(shí),也通過(guò)以太網(wǎng)為終端提供直流電源,因此稱(chēng)為以太網(wǎng)供電。PoE技術(shù)的優(yōu)勢在于可以在同一條以太網(wǎng)線(xiàn)纜中傳輸數據和電源,簡(jiǎn)化了終端的電源接口設計,降低了成本。
設計一款電子電路或定義一個(gè)完整系統時(shí)，確定這些應力源，并正確理解它們的機制以正確定義操作系統的環(huán)境是非常重要的。這樣做可以使您定義簡(jiǎn)單的設計規則，并利用低成本的解決方案對敏感的電子系統進(jìn)行充分有效的保護。以太網(wǎng)供電 （PoE） 設備是一種必須對敏感電源電路進(jìn)行保護的系統。盡管 PoE 規范提供了過(guò)電流保護功能，但對那些會(huì )損害其他類(lèi)型電源設備的電氣瞬態(tài)來(lái)說(shuō)，這些系統也很易遭受同樣的損害。
在 PoE 設備中，供電設備 （PSE） 將電源通過(guò)以太網(wǎng)線(xiàn)纜供應到用電設備 （PD） 中。如圖 所示，通過(guò)以太網(wǎng)線(xiàn)纜數據通道所用的兩條雙絞線(xiàn)對的共模電壓差進(jìn)行供電。通過(guò)使用額外的備用雙絞線(xiàn)對，可以提供更多的電力。PoE 的應用范圍很廣，其中包括辦公和工業(yè)網(wǎng)絡(luò )等環(huán)境。以太網(wǎng)線(xiàn)纜或設備通常為室內使用，但是也可以用于室外應用。
在本單端口 PoE 應用例子中，通過(guò)以太網(wǎng)線(xiàn)纜的信號對實(shí)現了電源供電；而通過(guò)備用雙絞線(xiàn)對實(shí)現了更多電力供應。
PoE 應用中的瞬態(tài)
當前已開(kāi)發(fā)了許多標準，對不同應用中的瞬態(tài)過(guò)壓環(huán)境進(jìn)行模擬或仿真。例如，根據 IEC 瞬態(tài)抗擾度標準，瞬態(tài)可以分為以下三大類(lèi)： IEC 61000-4-2：靜電放電 （ESD）； IEC 61000-4-4：電氣快速瞬態(tài)/脈沖群 （EFT）； IEC 61000-4-5：浪涌。這些 IEC 標準也定義了應用于每一瞬態(tài)類(lèi)別的抗擾度測試方法，并且它們還向瞬態(tài)抑制組件的廠(chǎng)家提供了一些符合特定組件特征的標準化波形和過(guò)電壓電平。
靜電放電 （ESD）
ESD 是由兩種絕緣材料接觸、分開(kāi)而引起的電荷累加造成的；當帶電體接近另一個(gè)電位較低的物體時(shí)，就會(huì )引起相應的能量釋放。例如，當人走過(guò)地毯時(shí)，就可以產(chǎn)生超過(guò) 1.5kV 的電荷?！SD 是一種共模電氣事件，并且是通過(guò)電氣路徑，從一個(gè)元件到另一個(gè)元件的放電現象，最后以外殼接地結束。清楚地確定電流路徑，并確保其對敏感電路不會(huì )造成損害是一項很重要的設計指南。一個(gè)更好的選項就是為放電電流提供一個(gè)替代放電路徑，以繞過(guò)該敏感電路。
表 1、IEC 61000-4-2 波形參數。
另一個(gè)威脅因素是線(xiàn)纜放電事件。當以太網(wǎng)線(xiàn)纜充電，并放電到與該線(xiàn)纜相連的一個(gè)電路中時(shí)，就會(huì )發(fā)生線(xiàn)纜放電事件。線(xiàn)纜也能通過(guò)摩擦帶電（例如，將線(xiàn)纜在地毯上拖曳）或通過(guò)感應（例如，來(lái)自持有線(xiàn)纜的帶電人體）的方式進(jìn)行充電。目前還未確定用特定的測試方法來(lái)定義線(xiàn)纜放電的標準。絕大多數的廠(chǎng)商都使用內部線(xiàn)纜放電事件 （CDE） 對設備 （setup） 進(jìn)行測試以對他們的設計進(jìn)行評估。極少數人認為只要通過(guò) IEC 等級 4 測試，就已足夠對此類(lèi)放電進(jìn)行保護了。
不過(guò)，那種認為只要設備通過(guò) IEC 61000-4-2 等級 4 放電測試，就可以通過(guò) CDE 測試的看法，之所以不是不變的真理，是因為兩個(gè)測試中所用的帶電電容有很大區別，即 IEC ESD 為 150 pF，而 CDE 的電容則要大的多，這取決于所用線(xiàn)纜長(cháng)度以及線(xiàn)纜相對地面的高度。在集中式電容 （lumped capacitance） 之外，也有來(lái)自傳輸線(xiàn)路的分布式電容。CDE 中的放電通常會(huì )比 IEC 等級 4 中的放電釋放更多的能量到所測設備中。
電氣快速瞬態(tài)
一次電氣快速瞬態(tài) （EFT） 是開(kāi)關(guān)和繼電器、馬達以及其他感應負載電弧接觸的結果，這在工業(yè)環(huán)境中是很常見(jiàn)的。通常，該類(lèi)型的瞬態(tài)是共模型的，并通過(guò)電容耦合引入通信線(xiàn)纜中。 IEC61000-4-4 將該瞬態(tài)定義為一系列非常短的高壓尖峰，以 5kHz 到 100kHz 的頻率出現。表 2 歸納了嚴重性測試等級。短路電流值通過(guò)用 50-Ω 電源阻抗對開(kāi)路電壓分壓進(jìn)行估算。
表 2、IEC 61000-4-4 嚴重性測試等級。
根據 IEC61000-4-4，通信線(xiàn)纜上的容性耦合鉗是對通信端口的測試電壓進(jìn)行耦合的首選方法。其中包括一根以太網(wǎng)線(xiàn)纜，這意味著(zhù)耦合不會(huì )產(chǎn)生到端口的任何電偶連接。另一個(gè)可行的耦合方法是直接通過(guò) 100-pF 的離散電容進(jìn)行耦合。我們應注意到，由于它的重復特性，EFT 事件還可以造成通信系統的不穩定行為。
瞬態(tài)保護電路指南
