PoE系统实施浪涌保护的巨大益处
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- 3 电涌
就峰值电流和持续时间而言，电涌瞬态是最为严重的；而就上升时间而言，电涌瞬态则显得不那么严重。它们是由雷击（直接雷击或间接雷击造成的感应电压和电流）或电源系统的切换（包括负载变化和短路）造成的。该瞬态的严重程度根据线缆安装在楼宇内或楼宇外而有所不同。IEC 61000-4-5 将该瞬态定义为两个浪涌波形：1.2 ×50-μs 开路电压波形和 8 ×20-μs 的短路电流波形。
IEC61000-4-5 Class 3 到 5 适合室外较高威胁等级情况下的应用，以及一些特殊的室内应用。在绝大多数的 PoE 应用中，仅考虑了室内线缆安装。此外，IEEE 802.3 标准还要求网络能通过 1500-V 的对地绝缘测试。在本文中，仅考虑了非平衡式/平衡式数据线路的Class 2（半保护性环境）。这与 1 kV/24 A 的线路接地或500V/12 A的线路对线路级别相对应。其他可能的标准包括ITU-T 建议：K.20、K.21、K.44，K.45 ，以及在一些情况下的 GR-1089CORE（楼宇间的雷电浪涌设计规范）。
二 瞬态保护电路指南
保护电路不应干扰受保护电路的正常行为，此外，其还必须防止任何电压瞬态造成整个系统的重复性或非重复性的不 稳定行为。为满足这些要求，我们为电子系统的电压瞬态保护设计规定了许多设计指南。
瞬态电压源可以分为差分型、共模型，或差分和共模合一型。瞬态电压保护技术可分为屏蔽和接地、过滤、电气隔离以及使用诸如二极管的非线性器件等类型。阻断和转移 (diverting) 技术的结合使用实现了有效的电路保护。
使用共模线圈可能是非常有必要的，但是所选的电压抑制器的设计还必须符合应用的速度和稳健性要求。例如，必须对有低ESR的高电压（高于或等于 2kV）使用能吸收直接瞬态冲击的分路（线路对大地接地）电容器。
有九种基本的 PCB 板布局规则可以提高瞬态保护能力。第一个规则是定义一条低阻抗路径，以将任何瞬态电流或电压从敏感组件转移开，否则 ESD 电流可能会在其搜寻系统的大地接地时造成严重的损坏。第二个规则是在 PCB 板上要有可靠的、低阻抗大地接地连接。第三个规则是保持瞬态电流密度和电流路径阻抗尽可能的低，在有电流流过的地方设计多点接地，而在没有电流流过的地方采用单点接地。第四个规则是使快速上升电流的循环回路尽可能的低。对于快速瞬态（在有必要的任何时候，特别是在钳位二极管连接到电源轨时）而言，上述规则是通过在负载点电源和接地之间使用陶瓷电容器实现的。
在电路布局过程中要采用的第五个规则是实现高电压或高电流瞬态区域与敏感电路的物理层面隔离，即使这些区域必须靠近 I/O 连接器。
需要特别指出的是，应将大电流抑制器放置到 I/O 区域、开关、LED 以及显示器处。第六个规则是在条件允许的情况下，将所有的连接器都放置于电路板的一边，而敏感电路则放置于 PCB 板的中央。第七个规则是，每一个受保护的信号都应以与其单一回波信号平行的方式从抑制器电路路由到敏感电路，以防止任何未引起注意的变压器影响。第八个规则是确保抑制器使用表面贴装封装，并使用四端子连接以减轻寄生电感的影响。与之相类似，第九个即最后一个规则是确保 PCB 板的布局不会引入任何会对瞬态阻断串联组件造成旁路的寄生电容。不过，串联阻止组件中存在寄生电感并不会造成多大影响。
三 PoE电路保护
尽管在本文中讨论的仅是通常在受保护设备内部署的二次侧保护，但我们应注意到，对于室外电信光缆来说，要求有一次侧电信保护设备。
在PoE 应用中，PSE 是由 48-V 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，因此施加于数据连接器上的任何共模电压瞬态都能造成 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。图 2 显示了该效应，并显示了在没有保护电路时，造成对 PSE 电源开关晶体管损坏的大电流路径。CCM 表示系统的 48-V 线路与外壳接地之间的共模电容。这可以是 48-V 电源的正或负（48-V回路）线路。为简化原理图，仅在负极线路显示了 CCM。该配置适用于使用 AC 断接电路时的应用，该配置还要求使用 D1。AC 断接电路的工作会导致瞬态保护出现最坏的情况。
图 2、若没有保护电路，一次 ESD 或 EFT 事件就可以毁坏 PSE 的主电源开关。
在使用 RJ-45 线缆的应用中，通常不会使用先前提到的线缆屏蔽保护技术。不过，图 3 中显示的解决方案对 PSE 集成电路实施了充分的保护。当使用 AC 断接电路时可采用该电路，若没有使用该电路，则不需要 D1 和 D3。
图 3、该保护电路配合使用阻断元件（电感器）和转移电路（BS 终端和钳位二极管）避免了 ESD 和 EFT 事件产生的浪涌损害。
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