浅谈PoE设备的过电流和过电压保护方案

标签：POE 供电电源

POE (Power Over Ethernet)指的是在现有的以太网Cat.5布线基础架构不作做何改动的情况下，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。

POE也被称为基于局域网的供电系统(POL, Power over LAN )或有源以太网( Active Ethernet)，有时也被简称为以太网供电，这是利用现存标准以太网传输电缆的同时传送数据和电功率的最新标准规范，并保持了与现存以太网系统和用户的兼容性。IEEE 802.3af标准是基于以太网供电系统POE的新标准，它在IEEE 802.3的基础上增加了通过网线直接供电的相关标准，是现有以太网标准的扩展，也是第一个关于电源分配的国际标准。

IEEE在1999年开始制定该标准，最早参与的厂商有3Com, Intel, PowerDsine, Nortel, Mitel和National Semiconductor。但是，该标准的缺点一直制约着市场的扩大。直到2003年6月，IEEE批准了802. 3af标准，它明确规定了远程系统中的电力检测和控制事项，并对路由器、交换机和集线器通过以太网电缆向IP电话、安全系统以及无线LAN接入点等设备供电的方式进行了规定。IEEE 802.3af的发展包含了许多公司专家的努力，这也使得该标准可以在各方面得到检验。

以太网供电(PoE)设备及其电子元件是为工作在特定电流和电压条件下而设计的。如果因短路或电压瞬变出现超过了这些标称条件，则可能会对器件造成永久性损坏，设备也会出现故障。过电流和过电压保护装置被用来同时帮助保护供电设备(PSE)和用电设备(PD)。

越来越多的PoE应用，从智能标识、自动售货机、建筑物进入控制以及时间和考勤系统到手机和PDA充电器和电子乐器，都对更加可靠和灵活的过电流和过电压保护装置提出了要求。这些保护器件被用来实现如下功能：保护供电设备不会因以太网电缆或用电设备的短路而损害;保护用电设备不会因供电设备的故障而损坏;保护用电和供电设备免受过电压短路/瞬变的损坏。

在许多情况，一次性使用保险丝有助于提供对PoE应用的过电流保护。与被保护元器件串联安装的高分子正温度系数(PPTC)器件也提供了对干扰电流进行可靠、可复位的保护方法。固态晶闸管过电压保护器件可与被保护电子元件并联安装，当有过电压冲击时，该保护器件可迅速从高阻切换到低阻态。

一般认为保险丝是最简单、成本最低的保护方案之一。然而，若可复位PPTC器件能规避因电气短路、电路过载、或客户使用不当所造成的过电流损坏，则许多设备制造商可很容易认识到采用PPTC器件物有所值。当出现故障后，PPTC器件一般不需要更换;当断开电源以及排除过电流状况后，PPTC器件允许电路恢复至正常工作状态。

采用泰科SiBar晶闸管和PolySwith器件的过电流保护电路。

在不需要可复位功能的应用中，可采用能提供清洁熔断特性以及可把熔断这一事件物理地局限在封装内的大电流表贴保险丝以满足IEEE 802.3af标准的过电流保护要求。重要的是要注意，一次性使用的保险丝必须要能承受电流冲击和波动。

由开关或雷电瞬变引入的过电压可损坏支持PoE的设备，可采用不同的保护方法。两类主要的过电压保护器件，一种是箝位器件，另一种是折返式保护器件。如金属氧化物压敏电阻(MOV)和二极管等箝位器件在工作时，允许达到特定箝位电平的电压施加到负荷上。而如以并联分流方式工作的气体放电管和晶闸管浪涌抑制器等折返式保护器件，能处理超过击穿电压的瞬间冲击。

折返式保护器件比箝位器件有优势。在折返状态，因保护器件把有害的过电压冲击导离开负载，所以，负载上的电压很小;而箝位器件仍将把所箝位的电压施加到负载上。因此，折返式保护器件的功耗远比箝位器件的低。

对许多PoE应用来说，晶闸管浪涌抑制器是首选方案。晶闸管把瞬间过电压“折返”到一个比瞬变电压抑制器(TVS)二极管更低的电压水平，且具有比TVS二极管更低的电压峰值和平均电压通过值。这些特性使传递给PoE设备的过电压和功率冲击更小。

此外，与具有较大能量处理能力的TVS二极管相比，晶闸管的低导通电压可允许其把体积做得更小，从而节约了宝贵的印刷电路板空间。晶闸管相对低的容抗还允许将其使用在高数据速率电路中。