瞬态保护电路指南 - 以太网供电浪涌保护电路设计方案详解

　　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。

　　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。

　　在PoE 应用中，PSE 是由 48-V 电源供电的。通常，PSE 会有一些与大地接地相连的共模电容。这些电容可以是离散电容，也可以是 PCB 板的层间电容，或两类电容的结合。由于 PSE 实际上并不是浮动的，因此施加于数据连接器上的任何共模电压瞬态都能造成 PSE 组件的电压击穿。对于 PSE 端口电源开关晶体管来说，尤其如此。图 2 显示了该效应，并显示了在没有保护电路时，造成对 PSE 电源开关晶体管损坏的大电流路径。CCM 表示系统的 48-V 线路与外壳接地之间的共模电容。这可以是 48-V 电源的正或负（48-V回路）线路。为简化原理图，仅在负极线路显示了 CCM。该配置适用于使用 AC 断接电路时的应用，该配置还要求使用 D1。AC 断接电路的工作会导致瞬态保护出现最坏的情况。

　　

　　图 2、若没有保护电路，一次 ESD 或 EFT 事件就可以毁坏 PSE 的主电源开关。

　　在使用 RJ-45 线缆的应用中，通常不会使用先前提到的线缆屏蔽保护技术。不过，图 3 中显示的解决方案对 PSE 集成电路实施了充分的保护。当使用 AC 断接电路时可采用该电路，若没有使用该电路，则不需要 D1 和 D3。

　　

　　图 3、该保护电路配合使用阻断元件（电感器）和转移电路（BS 终端和钳位二极管）避免了 ESD 和 EFT 事件产生的浪涌损害。

　　关键组件的参数

　　认真考虑以下保护电路中的每一个主要组件的关键参数是非常重要的。对于钳位二极管 D2 和 D4 而言，关键参数是指前向恢复时间、瞬态电流能力以及前向电压瞬态。TVS 二极管 D3 的关键参数是响应时间、电流处理能力以及低阻抗。只有当 D1 用于 AC 断接功能时，才要求 D3。

　　若考虑到更为严重的浪涌问题，比如 GR-1089-CORE 标准（楼宇间的雷电浪涌设计规范）中定义的浪涌，则 D2、D3（1500-W TVS）以及 D4 需要使用更为稳健的组件。负电压瞬态要求有肖特基二极管 D1，同时也需要Bob Smith （BS） 终端或线路对接地电容器，因为最初的 ESD/EFT 瞬态是通过这些终端流向大地接地的。其他的主要组件是铁氧体磁珠 FB1 和 FB2。这些组件提供了防止 C2 在高频率时将终端短路的阻断阻抗。48-V 总线 （100nF） 上的去耦电容器以及桥接 TPS2384 的 P 与 N 终端的电容器必须是低阻抗陶瓷电容器。C1 和 C2 必须非常靠近钳位二极管 D1 和 D2。48-V 总线 （D5） 上的 TVS 二极管通常的放置位置与 48-V 输入连接器靠得很近。所有的器件都必须是表面贴装封装形式的，并带有很低的寄生电感。

　　不管极性为正还是为负，保护组件均可避免瞬态电流进入 TPS2384 芯片的 N 到 RTN 路径，或 P 到 RTN 路径。不过，这些瞬态电流由于瞬态源的不同，可能会有不同的路径。图 4 和图 5 分别阐明了快速共模事件 ESD 或 EFT 的保护情况。

　　

　　图 4、本图阐明了铁氧体磁珠和钳位二极管将正极ESD/EFT事件从TPS2384 芯片的P终端转移到底座接地的电流路径