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US20070284941A1 | 2007-12-13 |
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权 利 要 求 1、 一种防雷保护电路, 其特征在于, 包括: 防雷保护装置, 用于保护以 太网供电 PoE端口不受浪涌过电压的破坏, 所述防雷保护装置包括: 第一共模防护器件, 第二共模防护器件和差模防 护器件; 所述第一共模防护器件连接于第一电源输出线和公共端之间, 或, 所述第 一共模防护器件连接于第一电源输入线和公共端之间,其中, 所述第一电源输 出线是 PoE 电源控制电路的第一输出端与接口区相连的共用的供电线, 所述 第一电源输入线是 PoE电源控制电路的第一输入端与 PoE电源相连的供电线; 所述第二共模防护器件连接于第二电源输出线和公共端之间, 或, 所述第 二共模防护器件连接于第二电源输入线和公共端之间,或, 所述第二共模防护 器件连接于所述第一电源输入线和所述第二电源输入线之间, 其中, 所述第二 电源输出线是 PoE 电源控制电路的第二输出端与接口区相连的供电线, 所述 第二电源输入线是 PoE电源控制电路的第二输入端与 PoE电源相连的供电线; 所述差模防护器件连接于所述第一电源输出线和所述第二电源输出线之 间。 2、 根据权利要求 1所述的防雷保护电路, 其特征在于, 所述第一电源输 出线和所述第二电源输出线之间连接有滤波器件。 3、 根据权利要求 1所述的防雷保护电路, 其特征在于, 所述第一电源输 出线和 /或所述第二电源输出线上连接有过流保护器件。 4、 根据权利要求 1所述的防雷保护电路, 其特征在于, 所述第一共模防 护器件包括: 压敏电阻, 气体放电管, 晶闸管, 瞬态抑制二极管 TVS; 所述第二共模防护器件包括: 压敏电阻, 气体放电管, 晶闸管, TVS。 5、 根据权利要求 1所述的防雷保护电路, 其特征在于, 所述差模防护器 件包括: 瞬态抑制二极管 TVS, 晶闸管, 压敏电阻, 气体放电管。 6、 根据权利要求 2所述的防雷保护电路, 其特征在于, 所述滤波器件包 括: 共模电感、 磁珠。 7、 根据权利要求 3所述的防雷保护电路, 其特征在于, 所述过流保护器 件包括: 保险管, 热敏电阻。 8、 根据权利要求 1所述的防雷保护电路, 其特征在于, 还包括: PoE电 源控制电路。 9、 根据权利要求 8所述的防雷保护电路, 其特征在于, 所述 PoE电源控 制电路中的绝缘性场效应管的两端并联有保护器件。 10、 根据权利要求 9所述的防雷保护电路, 其特征在于, 所述保护器件包 括: 肖特基二极管, 瞬态抑制二极管 TVS, 晶闸管, 气体放电管, 压敏电阻。 |
本申请要求于 2011 年 02 月 23 日提交中国专利局、 申请号为 201110044292.5、发明名称为 "一种防雷保护电路"的中国专利申请的优先权 其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及通信技术领域, 尤其涉及一种防雷保护电路。
背景技术
以太网供电 ( PoE , Power over Ethernet )指的是在现有的以太网 Cat 5布 线基础架构上, 在为一些基于网络之间互连的协议 ( IP, Internet Protocol ) 的 终端传输数据信号的同时, 还能为此类设备提供直流电源的技术, PoE技术用 一条通用以太网电缆同时传输以太网信号和直 流电源,将电源和数据集成在同 一根线缆中传输的, 采用 PoE技术可以为各种网络终端, 如: IP电话、 无线 接入点、 便携设备充电器、 刷卡机、 摄像头、 数据采集设备等提供可靠, 集中 式的供电电源, 网络终端不需外接电源, 只接一根网线就可以正常工作, 且备 份方便。
随着 PoE技术的广泛运用,远端供电设备( PSE, Power Source Equipment ) 如 PoE交换机的使用环境也日益复杂, PoE端口信号线常常存在出户、 室外架 空走线等恶劣情况,其遭受雷击浪涌等过电压 的冲击的可能性大大增加,使得 PoE端口的防雷保护面临巨大的挑战。
常用的 PoE端口防雷保护电路如图 1所示, 完全依靠 PoE电路对公共端
( GND, Ground ) 的绝缘耐压实现 PoE端口的共模防护, 当浪涌过电压从浪 涌侧过来时, 由于设备侧链路上从网口一直到 POE电源对地都是隔离的 (网 口和电源处都靠变压器进行隔离), 浪涌电流形成不了回路, 从而保证了设备 不被损坏。由于在 PoE电源、 POE电源控制电路、快速以太网(FE, Fast Ethernet ) I千兆以太网 (GE, Gigabit Ethernet )接口电路等电路中均有器件跨接在 PoE 电路与 GND之间, 且这些器件由于受到体积的限制耐压不可能做 高, 因此在 实际应用中, PoE端口的防雷保护能力往往只能够达到 2kV, 虽然这样的设计 成本较低, 但这样的防护量级不能很好的保护设备在实际 使用中的可靠运行。
另一种现有的 PoE端口防雷保护电路如图 2所示, 图 2中给出的是只有 一个 PoE端口的情况, 这种方案采用的是典型的两级防护电路, 当浪涌过电 压从接口区进来后, 通过第一级防护器件 RT2, RT3进行共模防护泄放到地, 通过第一防护器件 RT1进行差模防护, 而第二级防护 Dl , D2, D3进一步嵌 位, 进一步减少浪涌电压。 但是该技术有两个缺点: 1、 每个端口都要加大量 的防护器件, 且这些防护器件的封装都很大, 当端口很多时, 必然需要大量的 印制线路板(PCB, Printed Circuit Board )空间,这就与 PSE设备向小型化(端 口越来越密集, PCB 布局布线也越来越紧凑) 的方向发展相矛盾, 导致这种 方案 4艮难在高密的 POE端口的 PSE设备上得到广泛应用; 2、图中网口的( 1.2 )、 ( 3.6 )线没有增加防护器件, 靠隔离进行防护, 而 (4.5 )、 ( 7.8 )线加了防护 器件, 当网口感应浪涌过电压以后, (4.5 )、 (7.8 )线的防护器件动作, 把浪涌 电压拉低, 而 (1.2 )、 ( 3.6 ) 线还处于高压状态, 高压和低压之间可能会产生 击穿,在防护上也达不到较高的防护量级, 不能保证设备在实际使用中的可靠 运行。
发明内容
本发明实施例提供了一种防雷保护电路, 用于为 PoE端口提供防护规格 高的防雷保护, 同时节省 PCB空间和降低 PoE端口的设计成本。
本发明实施例提供的防雷保护电路, 包括:
防雷保护装置, 用于保护 PoE端口不受浪涌过电压的破坏, 防雷保护装 置包括: 第一共模防护器件, 第二共模防护器件和差模防护器件;
第一共模防护器件连接于第一电源输出线和公 共端之间, 或, 第一共模防 护器件连接于第一电源输入线和公共端之间, 其中, 第一电源输出线是 PoE 电源控制电路的第一输出端与接口区相连的共 用的供电线,第一电源输入线是 PoE电源控制电路的第一输入端与 PoE电源相连的供电线;
第二共模防护器件连接于第二电源输出线和公 共端之间, 或, 第二共模防 护器件连接于第二电源输入线和公共端之间, 或, 第二共模防护器件连接于第 一电源输入线和第二电源输入线之间, 其中, 第二电源输出线是 PoE 电源控 制电路的第二输出端与接口区相连的供电线, 第二电源输入线是 PoE 电源控 制电路的第二输入端与 PoE电源相连的供电线;
差模防护器件连接于第一电源输出线和第二电 源输出线之间。 从以上技术方案可以看出,本发明实施例提供 的一种防雷保护电路具有以 下优点: 将共模防护器件部署在 PoE 电源控制电路的输出端和接口区相连的 共用的供电线上或者 PoE电源控制电路的输入端和 PoE电源相连的供电线上, 尽量减少了防护器件的数量,节省了 PCB空间和降低了 PoE端口的设计成本, 同时由于所有的接口区对公共端都连接有防护 器件, 能够泄放较大的浪涌能 量, 实现了高规格的防雷保护。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案 ,下面将对实施例描述中所 需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地, 下面描述中的附图仅仅是本发明 的一些实施例,对于本领域的技术人员来讲, 还可以根据这些附图获得其他的 附图。
图 1是现有技术中的一种 PoE端口防雷保护电路的示意图;
图 2是现有技术中的另一种 PoE端口防雷保护电路的示意图;
图 3-a是本发明实施例一提供的一种防雷保护电路 的示意图;
图 3-b是本发明实施例一提供的另一种防雷保护电 路的示意图;
图 3-c是本发明实施例一提供的另一种防雷保护电 路的示意图;
图 3-d是本发明实施例一提供的一种防雷保护电路 遭受到浪涌过电压时的 防雷保护工作原理示意图;
图 3-e是本发明实施例一提供的一种防雷保护电路 对差模电压的防护工作 原理示意图;
图 4-a是本发明实施例二提供的一种防雷保护电路 的示意图;
图 4-b是本发明实施例二提供的另一种防雷保护电 路的示意图;
图 4-c是本发明实施例二提供的另一种防雷保护电 路的示意图;
图 4-d是本发明实施例二提供的一种防雷保护电路 的工作原理示意图; 图 4-e是本发明实施例二提供的一种防雷保护电路 的工作原理示意图; 图 4-f是本发明实施例二提供的一种防雷保护电路 的工作原理示意图; 图 4-g是本发明实施例二提供的另一种防雷保护电 路的示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种防雷保护电路, 用于为 PoE端口提供防护规格 高的防雷保护, 同时节省 PCB空间和降低 PoE端口的设计成本。
为使得本发明的发明目的、 特征、优点能够更加的明显和易懂, 下面将结 合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中 的技术方案进行清楚、 完整地描 述,显然,下面所描述的实施例仅仅是本发明 一部分实施例,而非全部实施例。 基于本发明中的实施例, 本领域的技术人员所获得的所有其他实施例, 都属于 本发明保护的范围。 实施例一
本发明实施例提供的一种防雷保护电路具体包 括: 防雷保护装置, 用于保 护 PoE端口不受浪涌过电压的破坏, 防雷保护装置包括: 第一共模防护器件, 第二共模防护器件和差模防护器件,第一共模 防护器件连接于第一电源输出线 和公共端之间, 或, 第一共模防护器件连接于第一电源输入线和公 共端之间, 其中, 第一电源输出线是 PoE 电源控制电路的第一输出端与接口区相连的共 用的供电线, 第一电源输入线是 PoE电源控制电路的第一输入端与 PoE电源 相连的供电线;第二共模防护器件连接于第二 电源输出线和公共端之间,其中, 第二电源输出线是 PoE 电源控制电路的第二输出端与接口区相连的供 电线; 差模防护器件连接于第一电源输出线和第二电 源输出线之间。
请参阅图 3-a, 为本发明中的一种防雷保护电路在实际中的应 用, 以防雷 保护电路中包括两个接口区 1#, 2#为例, 但在实际应用中, 并不仅限于两个 接口区, 也可以包括两个以上的接口区, 在此不作限定。 如图 3-a所示, PoE 电源控制电路的第一输出端连接到接口区 1#和接口区 2#,第一电源输出线 + P 是共用的, 存在一个公共点 A, 在实际应用中, PoE电源控制电路的其它输出 端到接口区 1#, 接口区 2#的电源输出线 - PI , - P2也可以是共用的。 例如, PoE电源控制电路的回流端 (RTN, return )或者 -48V, 至于 RTN还是 -48V 是共用的, 取决于控制 POE 电源输出的绝缘性场效应管 (MOS 管, Metal-Oxide-Semiconductor )是在哪个供电线上, 最常见的是 MOS管在 -48V 上, 那么 RTN就是共用的。 在共用的供电线上可以只部署一个共模防护器 件, 即在多个接口区的共用的供电线上只部署一个 共模防护器件,达到减少防护器 件的的目的。
需要说明的是,在图 3-a中, RT2为本发明实施例中的第一共模防护器件, RT2连接在第一电源输出线和公共端之间, RT1和 RT3为本发明实施例中的 第二共模防护器件, 第一共模防护器件 RT2还可以连接在第一电源输入线和 公共端之间, 如图 3-b所示。 在实际应用中, 第一共模防护器件和第二共模防 护器件具体可以为压敏电阻, 气体放电管, 晶闸管 (TSS, thyristor ), 瞬态抑 制二极管 ( TVS , Transient Voltage Suppressor )或者常用的防护器件及其组合 等, 在此不作限定。 Dl , D2为本发明实施例中的差模防护器件, 在实际应用 中, 差模防护器件具体可以为瞬态抑制二极管, 也可以是晶闸管, 压敏电阻, 气体放电管等常用的防护器件及其组合, 在此不作限定。
在实际应用中, 为了防止电磁干扰, 第一电源输出线和第二电源输出线之 间还可以连接有滤波器件, 如共模电感、 磁珠等常用的滤波器件, 以在图 3-a 的基础上增加滤波器件为例进行说明, 如图 3-c所示, 给出了在防雷保护电路 中增加滤波器件的示意图。 为了提高可靠性, 可以在第一电源输出线和 /或第 二电源输出线上连接过流保护器件, 过流保护器件包括: 保险管, 热敏电阻。
下面将结合图 3-a中所示出的防雷保护电路对本发明实施例中 的防雷保护 电路当遭到浪涌过电压时的防雷保护工作原理 进行说明:
当浪涌输入侧感应浪涌过电压时, 过电压通过共模防护器件 RT1和 RT2 泄放到地, 起到保护后级电路的作用, 如图 3-d中所示。 浪涌一般都是共模电 压, 但如果线路上有不平衡, 就会产生一定的差模电压, 本发明实施例中通过 差模防护器件 Dl , D2保证设备在实际中更加可靠的运行,实现差 防护作用, 如图 3-e中所示。
在本发明实施例中, 将共模防护器件部署在 PoE 电源控制电路的输出端 和接口区共用的供电线上或者 PoE电源控制电路的输入端和 PoE电源的供电 线上,在多个接口区共用的一根供电线上只部 署一个共模防护器件,相比于现 有技术能够减少防护器件的数量, 节省了 PCB空间和降低了 PoE端口的设计 成本, 同时由于所有的接口区对公共端都连接有防护 器件, 能够泄放较大的浪 涌能量, 实现高规格的防雷保护。
需要说明的是,在实施例一中, 第二共模防护器件没有说明的其它布局情 况将在实施例二中作出介绍, 下面请参阅实施例二。 本发明实施例提供的一种防雷保护电路具体包 括: 防雷保护装置, 用于保 护 ΡοΕ端口不受浪涌过电压的破坏, 防雷保护装置包括: 第一共模防护器件, 第二共模防护器件和差模防护器件, 其中, 第一共模防护器件连接于第一电源 输入线和公共端之间, 或, 第一共模防护器件连接于第一电源输出线和公 共端 之间, 第一电源输入线是 ΡοΕ电源控制电路的第一输入端与 ΡοΕ电源相连的 供电线, 第一电源输出线是 ΡοΕ 电源控制电路的第一输出端与接口区相连的 共用的供电线; 第二共模防护器件连接于第二电源输入线和公 共端之间, 或, 第二共模防护器件连接于第一电源输入线和第 二电源输入线之间,第二电源输 入线是 ΡοΕ电源控制电路的第二输入端与 ΡοΕ电源相连的供电线; 差模防护 器件连接于第一电源输出线和第二电源输出线 之间, 第二电源输出线是 ΡοΕ 电源控制电路的第二输出端与接口区相连的供 电线。
请参阅图 4-a, 为本发明中的一种防雷保护电路在实际中的应 用, 以防雷 保护电路中包括接口区 1#, 2#... N#为例, 但是在实际应用中, 并不限定接口 区的数量。 如图 4-a所示, PoE电源的输出端为 + P和 - P, 经过 POE电源控 制电路以后分成 N路, 其中 + PI ~ + PN和 + P是直通的 , PoE电源控制电路 的第一输入端与 PoE电源 + P端口通过第一电源输入线相连接, PoE电源控制 电路的第二输入端与 PoE电源 - P端口通过第二电源输入线相连接, PoE电源 控制电路的第一电源输出线是第一输出端 + P1与接口区 1#, 第一输出端 + P2 与接口区 2#, 第一输出端 + PN与接口区 N#所共用的一根供电线, 在实际应 用中, PoE电源控制电路的其它输出端到接口区 1#, 2#... N#的电源输出线- Pl , - P2... - PN也可以是共用的。例如, PoE电源控制电路的 RTN或者 -48V, 至于 RTN还是 -48V是共用的,取决于控制 P0E电源输出的 M0S管是在哪个 供电线上, 最常见的是 M0S管在 -48V上, 那么 RTN就是共用的。 PoE电源 控制电路的所有电源输入线和电源输出线共用 两个共模防护器件,大大减少了 共模防护器件的数量, 在图 4-a中, 只有两个共模防护器件, 本发明实施例中 的第一共模防护器件就是 RT1 , 本发明实施例中的第二共模防护器件就是 RT2, 需要说明的是, 在实际应用中, 第一共模防护器件 RT1也可以连接于第 一电源输出线和公共端之间, 在图 4-a的基础上给出如图 4-b所示。 第二共模 防护器件 RT2也可以连接于第一电源输入线和第二电源输 入线之间, 在图 4-a 的基础上给出如图 4-c所示。
在实际应用中,第一共模防护器件和第二共模 防护器件具体可以为压敏电 阻, 气体放电管, 晶闸管, TVS 管或者常用的防护器件等及其组合, 在此不 作限定。 Dl , D2... DN为本发明实施例中的差模防护器件, 在实际应用中, 差模防护器件具体可以为 TVS管, 也可以是晶闸管, 压敏电阻, 气体放电管 等常用的防护器件及其组合, 在此不作限定。
在实际应用中, 为了防止电磁干扰, 第一电源输出线和第二电源输出线之 间还可以连接有滤波器件, 如共模电感、 磁珠等常用的滤波器件, 具体可以参 阅图 3-c所示的在防雷保护电路中增加滤波器件的示 意图。 为了提高可靠性, 可以在第一电源输入线和 /或第二电源输入线上连接有过流保护器件, 过流保 护器件包括: 保险管, 热敏电阻。
下面将结合图 4-a中所示出的防雷保护电路对本发明实施例中 的防雷保护 电路当遭到浪涌过电压时的防雷保护工作原理 进行说明:
当使用 POE供电时, -48V ( +P )上的 MOS管处于闭合状态, 这时当外 界线缆感应正向浪涌时, 浪涌能量到达后级的 RT1和 RT2泄放到地, 而起到 正向浪涌保护作用, 如图 4-d所示。 当不使用 POE供电时, 这时 -48V上的 MOS管是断开的状态,那么如果这时候外界线缆 感应正向浪涌电压时, - PI ~ - PN上的浪涌能量可以分别通过 D1到 DN疏导到 + PI ~ + PN上, 最后通过 RT1泄放到地, 如图 4-e所示。
当不使用 POE供电时, -48V上的 MOS管可以处于断开状态, 这时外界 线缆感应负向浪涌脉冲时浪涌能量可以通过 MOS管上的体二极管疏导, 起到 保护 MOS管的作用。 当使用 POE供电时, -48V上的 MOS管处于闭合状态, 这时浪涌能量通过 MOS管泄放, 如图 4-f所示。 由于线对之间的不平衡, +P1 和 - PI、 + P2和 - P2、 以及 - PN和 + PN之间线对之间可能产生差模电压, 这时候也可以通过 D 1 - DN进行防护。
通过上述对防雷保护电路遭受浪涌过电压时的 工作原理的分析可得,无论 线缆上感应到了正向还是负向的共模或者差模 浪涌,都能够被很好的保护。 需 要说明的是,差模防护器件 D1-DN的击穿电压要求大于 POE电源的输出最大 电压, 避免正常工作时被击穿, 而其钳位电压则应越低越好。 需要说明的是, 本发明实施例中的防雷保护电路还可以包括 PoE 电源控 制电路, 如图 4-a或图 4-b或图 4-c中所示, 为了进一步提高防护性能, 可以 在 PoE电源控制电路中的 MOS管两端并接一个防护器件,如肖特基二极管 或 者 TVS管, 晶闸管, 气体放电管, 压敏电阻或者业界常用的保护器件等及其 组合, 如图 4-g所示, 为单向保护器件 D11 - DNN并联在 MOS管的两端。
在本发明实施例中, 将共模防护器件部署在 PoE 电源控制电路的输入端 和 PoE电源相连的供电线上或者在 PoE电源控制电路的输出端和接口区共用 的供电线上, 由于整个防雷保护电路只在 PoE 电源控制电路的两个输入端分 别部署了一个共模防护器件, 与现有技术相比, 大大减少了防护器件的数量, 节省了 PCB空间和降低了 PoE端口的设计成本, 同时, 由于所有的接口区对 公共端都连接有防护器件,能够泄放较大的浪 涌能量,实现高规格的防雷保护。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各 种方法中的全部或部分步 骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成, 该程序可以存储于一计算机可读 存储介质中, 存储介质可以包括: ROM、 RAM, 磁盘或光盘等。
以上对本发明实施例提供的一种防雷保护电路 进行了详细介绍,本文中应 用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行 了阐述,以上实施例的说明只是 用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同 时,对于本领域的一般技术人员 , 依据本发明的思想 ,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之 ,综上所述, 本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
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