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硕凯电子:以太网供电(PoE)设备的电路保护设计思路

已有 179 次阅读2016-6-12 14:55

        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)器件自恢复保险丝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,若可复位保险丝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。

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。


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