PoE系统对敏感电源电路实施电涌瞬态事故保护设计
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2020-07-12
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PoE系统对敏感电源电路实施电涌瞬态事故保护设计系统对敏感电源电路实施电涌瞬态事故保护设计
电气过应力可以造成电子设备或系统的失效、永久性性能下降，或暂时性的不稳定行为。通信系统和应用电路
的集成度越高，对电气瞬态的敏感性也就越高。抑制这些瞬态对设计人员来说是一个巨大的挑战，因为过压的
来源和严重程度可能是未知的。
了解电气瞬态的不同原因和特征，可以使设计人员利用离散保护电路对 PoE 系统进行很好地保护，以避免电气瞬态事件造成
的损害。
电气过应力可以造成电子设备或系统的失效、永久性性能下降，或暂时性的不稳定行为。通信系统和应用电路的集成度越高，
对电气瞬态的敏感性也就越高。抑制这些瞬态对设计人员来说是一个巨大的挑战，因为过压的来源和严重程度可能是未知的。
设计一款电子电路或定义一个完整系统时，确定这些应力源，并正确理解它们的机制以正确定义操作系统的环境是非常重要
的。这样做可以使您定义简单的设计规则，并利用低成本的解决方案对敏感的电子系统进行充分有效的保护。
以太网供电 (PoE) 设备是一种必须对敏感电源电路进行保护的系统。尽管 PoE 规范提供了过电流保护功能，但对那些会损害
其他类型电源设备的电气瞬态来说，这些系统也很易遭受同样的损害。[1-2]
在 PoE 设备中，供电设备 (PSE) 将电源通过以太网线缆供应到用电设备 (PD) 中。如图 1 所示，通过以太网线缆数据通道所
用的两条双绞线对的共模电压差进行供电。通过使用额外的备用双绞线对，可以提供更多的电力。PoE 的应用范围很广，其
中包括办公和工业网络等环境。以太网线缆或设备通常为室内使用，但是也可以用于室外应用。
图1、在本单端口 PoE 应用例子中，通过以太网线缆的信号对实现了电源供电；而通过备用双绞线对实现了更多电力供应。
PoE 应用中的瞬态
当前已开发了许多标准，对不同应用中的瞬态过压环境进行模拟或仿真。例如，根据 IEC 瞬态抗扰度标准，瞬态可以分为以
下三大类：
IEC 61000-4-2：静电放电 (ESD)；
IEC 61000-4-4：电气快速瞬态/脉冲群 (EFT)；
IEC 61000-4-5：浪涌。
这些 IEC 标准也定义了应用于每一瞬态类别的抗扰度测试方法，并且它们还向瞬态抑制组件的厂家提供了一些符合特定组件
特征的标准化波形和过电压电平。[3]
静电放电 (ESD)
ESD 是由两种绝缘材料接触、分开而引起的电荷累加造成的；当带电体接近另一个电位较低的物体时，就会引起相应的能量
释放。例如，当人走过地毯时，就可以产生超过 1.5kV 的电荷。
ESD 是一种共模电气事件，并且是通过电气路径，从一个元件到另一个元件的放电现象，最后以外壳接地结束。清楚地确定
电流路径，并确保其对敏感电路不会造成损害是一项很重要的设计指南。一个更好的选项就是为放电电流提供一个替代放电路
径，以绕过该敏感电路。
IEC 61000-4-2 标准模拟了来自持有金属物体的人的 ESD 事件，称为人体金属模型 (HMM)，可以分为直接接触放电（接触放
电）或接近放电（空气放电）。表 1 列出了接触模式下的 ESD 发生器的波形参数，且在该模式下上升时间小于 1ns。总的电
流脉冲持续时间大约为 150ns。
表 1、IEC 61000-4-2 波形参数。
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