【導讀】引言隨著網絡技術的飛速發展,以太網供電技術PoE(power over ethernet)得到了廣泛的應用。PoE技術是指在以太網為終端傳輸數據信號的同時,也通過以太網為終端提供直流電源,因此稱為以太網供電。PoE技術的優勢在于可以在同一條以太網線纜中傳輸數據和電源,簡化了終端的電源接口設計,降低了成本。
設計一款電子電路或定義一個完整系統時，確定這些應力源，并正確理解它們的機制以正確定義操作系統的環境是非常重要的。這樣做可以使您定義簡單的設計規則，并利用低成本的解決方案對敏感的電子系統進行充分有效的保護。以太網供電 （PoE） 設備是一種必須對敏感電源電路進行保護的系統。盡管 PoE 規范提供了過電流保護功能，但對那些會損害其他類型電源設備的電氣瞬態來說，這些系統也很易遭受同樣的損害。
在 PoE 設備中，供電設備 （PSE） 將電源通過以太網線纜供應到用電設備 （PD） 中。如圖 所示，通過以太網線纜數據通道所用的兩條雙絞線對的共模電壓差進行供電。通過使用額外的備用雙絞線對，可以提供更多的電力。PoE 的應用范圍很廣，其中包括辦公和工業網絡等環境。以太網線纜或設備通常為室內使用，但是也可以用于室外應用。
在本單端口 PoE 應用例子中，通過以太網線纜的信號對實現了電源供電；而通過備用雙絞線對實現了更多電力供應。
PoE 應用中的瞬態
當前已開發了許多標準，對不同應用中的瞬態過壓環境進行模擬或仿真。例如，根據 IEC 瞬態抗擾度標準，瞬態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/脈沖群 （EFT）； IEC 61000-4-5：浪涌。這些 IEC 標準也定義了應用于每一瞬態類別的抗擾度測試方法，并且它們還向瞬態抑制組件的廠家提供了一些符合特定組件特征的標準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；當帶電體接近另一個電位較低的物體時，就會引起相應的能量釋放。例如，當人走過地毯時，就可以產生超過 1.5kV 的電荷。 ESD 是一種共模電氣事件，并且是通過電氣路徑，從一個元件到另一個元件的放電現象，最后以外殼接地結束。清楚地確定電流路徑，并確保其對敏感電路不會造成損害是一項很重要的設計指南。一個更好的選項就是為放電電流提供一個替代放電路徑，以繞過該敏感電路。
表 1、IEC 61000-4-2 波形參數。
另一個威脅因素是線纜放電事件。當以太網線纜充電，并放電到與該線纜相連的一個電路中時，就會發生線纜放電事件。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（例如，來自持有線纜的帶電人體）的方式進行充電。目前還未確定用特定的測試方法來定義線纜放電的標準。絕大多數的廠商都使用內部線纜放電事件 （CDE） 對設備 （setup） 進行測試以對他們的設計進行評估。極少數人認為只要通過 IEC 等級 4 測試，就已足夠對此類放電進行保護了。
不過，那種認為只要設備通過 IEC 61000-4-2 等級 4 放電測試，就可以通過 CDE 測試的看法，之所以不是不變的真理，是因為兩個測試中所用的帶電電容有很大區別，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度以及線纜相對地面的高度。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 中的放電通常會比 IEC 等級 4 中的放電釋放更多的能量到所測設備中。
電氣快速瞬態
一次電氣快速瞬態 （EFT） 是開關和繼電器、馬達以及其他感應負載電弧接觸的結果，這在工業環境中是很常見的。通常，該類型的瞬態是共模型的，并通過電容耦合引入通信線纜中。 IEC61000-4-4 將該瞬態定義為一系列非常短的高壓尖峰，以 5kHz 到 100kHz 的頻率出現。表 2 歸納了嚴重性測試等級。短路電流值通過用 50-Ω 電源阻抗對開路電壓分壓進行估算。
表 2、IEC 61000-4-4 嚴重性測試等級。
根據 IEC61000-4-4，通信線纜上的容性耦合鉗是對通信端口的測試電壓進行耦合的首選方法。其中包括一根以太網線纜，這意味著耦合不會產生到端口的任何電偶連接。另一個可行的耦合方法是直接通過 100-pF 的離散電容進行耦合。我們應注意到，由于它的重復特性，EFT 事件還可以造成通信系統的不穩定行為。
瞬態保護電路指南
