【導(dǎo)讀】引言隨著網(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(yīng)用。PoE技術(shù)是指在以太網(wǎng)為終端傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的同時(shí),也通過以太網(wǎng)為終端提供直流電源,因此稱為以太網(wǎng)供電。PoE技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于可以在同一條以太網(wǎng)線纜中傳輸數(shù)據(jù)和電源,簡(jiǎn)化了終端的電源接口設(shè)計(jì),降低了成本。
設(shè)計(jì)一款電子電路或定義一個(gè)完整系統(tǒng)時(shí)，確定這些應(yīng)力源，并正確理解它們的機(jī)制以正確定義操作系統(tǒng)的環(huán)境是非常重要的。這樣做可以使您定義簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)規(guī)則，并利用低成本的解決方案對(duì)敏感的電子系統(tǒng)進(jìn)行充分有效的保護(hù)。以太網(wǎng)供電 （PoE） 設(shè)備是一種必須對(duì)敏感電源電路進(jìn)行保護(hù)的系統(tǒng)。盡管 PoE 規(guī)范提供了過電流保護(hù)功能，但對(duì)那些會(huì)損害其他類型電源設(shè)備的電氣瞬態(tài)來說，這些系統(tǒng)也很易遭受同樣的損害。
在 PoE 設(shè)備中，供電設(shè)備 （PSE） 將電源通過以太網(wǎng)線纜供應(yīng)到用電設(shè)備 （PD） 中。如圖 所示，通過以太網(wǎng)線纜數(shù)據(jù)通道所用的兩條雙絞線對(duì)的共模電壓差進(jìn)行供電。通過使用額外的備用雙絞線對(duì)，可以提供更多的電力。PoE 的應(yīng)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)線纜或設(shè)備通常為室內(nèi)使用，但是也可以用于室外應(yīng)用。
在本單端口 PoE 應(yīng)用例子中，通過以太網(wǎng)線纜的信號(hào)對(duì)實(shí)現(xiàn)了電源供電；而通過備用雙絞線對(duì)實(shí)現(xiàn)了更多電力供應(yīng)。
PoE 應(yīng)用中的瞬態(tài)
當(dāng)前已開發(fā)了許多標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)不同應(yīng)用中的瞬態(tài)過壓環(huán)境進(jìn)行模擬或仿真。例如，根據(jù) IEC 瞬態(tài)抗擾度標(biāo)準(zhǔn)，瞬態(tài)可以分為以下三大類： 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(biāo)準(zhǔn)也定義了應(yīng)用于每一瞬態(tài)類別的抗擾度測(cè)試方法，并且它們還向瞬態(tài)抑制組件的廠家提供了一些符合特定組件特征的標(biāo)準(zhǔn)化波形和過電壓電平。
靜電放電 （ESD）
ESD 是由兩種絕緣材料接觸、分開而引起的電荷累加造成的；當(dāng)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(yīng)的能量釋放。例如，當(dāng)人走過地毯時(shí)，就可以產(chǎn)生超過 1.5kV 的電荷?！SD 是一種共模電氣事件，并且是通過電氣路徑，從一個(gè)元件到另一個(gè)元件的放電現(xiàn)象，最后以外殼接地結(jié)束。清楚地確定電流路徑，并確保其對(duì)敏感電路不會(huì)造成損害是一項(xiàng)很重要的設(shè)計(jì)指南。一個(gè)更好的選項(xiàng)就是為放電電流提供一個(gè)替代放電路徑，以繞過該敏感電路。
表 1、IEC 61000-4-2 波形參數(shù)。
另一個(gè)威脅因素是線纜放電事件。當(dāng)以太網(wǎng)線纜充電，并放電到與該線纜相連的一個(gè)電路中時(shí)，就會(huì)發(fā)生線纜放電事件。線纜也能通過摩擦帶電（例如，將線纜在地毯上拖曳）或通過感應(yīng)（例如，來自持有線纜的帶電人體）的方式進(jìn)行充電。目前還未確定用特定的測(cè)試方法來定義線纜放電的標(biāo)準(zhǔn)。絕大多數(shù)的廠商都使用內(nèi)部線纜放電事件 （CDE） 對(duì)設(shè)備 （setup） 進(jìn)行測(cè)試以對(duì)他們的設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)估。極少數(shù)人認(rèn)為只要通過 IEC 等級(jí) 4 測(cè)試，就已足夠?qū)Υ祟惙烹娺M(jìn)行保護(hù)了。
不過，那種認(rèn)為只要設(shè)備通過 IEC 61000-4-2 等級(jí) 4 放電測(cè)試，就可以通過 CDE 測(cè)試的看法，之所以不是不變的真理，是因?yàn)閮蓚€(gè)測(cè)試中所用的帶電電容有很大區(qū)別，即 IEC ESD 為 150 pF，而 CDE 的電容則要大的多，這取決于所用線纜長(zhǎng)度以及線纜相對(duì)地面的高度。在集中式電容 （lumped capacitance） 之外，也有來自傳輸線路的分布式電容。CDE 中的放電通常會(huì)比 IEC 等級(jí) 4 中的放電釋放更多的能量到所測(cè)設(shè)備中。
電氣快速瞬態(tài)
一次電氣快速瞬態(tài) （EFT） 是開關(guān)和繼電器、馬達(dá)以及其他感應(yīng)負(fù)載電弧接觸的結(jié)果，這在工業(yè)環(huán)境中是很常見的。通常，該類型的瞬態(tài)是共模型的，并通過電容耦合引入通信線纜中。 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(xiàn)。表 2 歸納了嚴(yán)重性測(cè)試等級(jí)。短路電流值通過用 50-Ω 電源阻抗對(duì)開路電壓分壓進(jìn)行估算。
表 2、IEC 61000-4-4 嚴(yán)重性測(cè)試等級(jí)。
根據(jù) IEC61000-4-4，通信線纜上的容性耦合鉗是對(duì)通信端口的測(cè)試電壓進(jìn)行耦合的首選方法。其中包括一根以太網(wǎng)線纜，這意味著耦合不會(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 100-pF 的離散電容進(jìn)行耦合。我們應(yīng)注意到，由于它的重復(fù)特性，EFT 事件還可以造成通信系統(tǒng)的不穩(wěn)定行為。
瞬態(tài)保護(hù)電路指南
