电气快速瞬态 - PoE系统对敏感电源电路实施电涌瞬态事故保护设计（电路原理图）

一次电气快速瞬态 (EFT) 是开关和继电器、马达以及其他感应负载电弧接触的结果，这在工业环境中是很常见的。通常，该类型的瞬态是共模型的，并通过电容耦合引入通信线缆中。IEC61000-4-4 将该瞬态定义为一系列非常短的高压尖峰，以 5kHz 到 100kHz 的频率出现。表 2 归纳了严重性测试等级。短路电流值通过用 50-Ω 电源阻抗对开路电压分压进行估算。

表 2、IEC 61000-4-4 严重性测试等级。

根据 IEC61000-4-4，通信线缆上的容性耦合钳是对通信端口的测试电压进行耦合的首选方法。其中包括一根以太网线缆，这意味着耦合不会产生到端口的任何电偶连接。另一个可行的耦合方法是直接通过 100-pF 的离散电容进行耦合。我们应注意到，由于它的重复特性，EFT 事件还可以造成通信系统的不稳定行为。

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[4] ，以及在一些情况下的 GR-1089CORE[5]（楼宇间的雷电浪涌设计规范）。

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。

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。