瞬態(tài)保護(hù)電路指南 - 以太網(wǎng)供電浪涌保護(hù)電路設(shè)計(jì)方案詳解

　　瞬態(tài)保護(hù)電路指南

　　保護(hù)電路不應(yīng)干擾受保護(hù)電路的正常行為，此外，其還必須防止任何電壓瞬態(tài)造成整個(gè)系統(tǒng)的重復(fù)性或非重復(fù)性的不穩(wěn)定行為。為滿足這些要求，我們?yōu)殡娮酉到y(tǒng)的電壓瞬態(tài)保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)定了許多設(shè)計(jì)指南，瞬態(tài)電壓源可以分為差分型、共模型，或差分和共模合一型。瞬態(tài)電壓保護(hù)技術(shù)可分為屏蔽和接地、過濾、電氣隔離以及使用諸如二極管的非線性器件等類型。阻斷和轉(zhuǎn)移 （diverting） 技術(shù)的結(jié)合使用實(shí)現(xiàn)了有效的電路保護(hù)。使用共模線圈可能是非常有必要的，但是所選的電壓抑制器的設(shè)計(jì)還必須符合應(yīng)用的速度和穩(wěn)健性要求。例如，必須對(duì)有低ESR的高電壓（高于或等于 2kV）使用能吸收直接瞬態(tài)沖擊的分路（線路對(duì)大地接地）電容器。

　　PoE電路保護(hù)

　　盡管在本文中討論的僅是通常在受保護(hù)設(shè)備內(nèi)部署的二次側(cè)保護(hù)，但我們應(yīng)注意到，對(duì)于室外電信光纜來說，要求有一次側(cè)電信保護(hù)設(shè)備。

　　在PoE 應(yīng)用中，PSE 是由 48-V 電源供電的。通常，PSE 會(huì)有一些與大地接地相連的共模電容。這些電容可以是離散電容，也可以是 PCB 板的層間電容，或兩類電容的結(jié)合。由于 PSE 實(shí)際上并不是浮動(dòng)的，因此施加于數(shù)據(jù)連接器上的任何共模電壓瞬態(tài)都能造成 PSE 組件的電壓擊穿。對(duì)于 PSE 端口電源開關(guān)晶體管來說，尤其如此。圖 2 顯示了該效應(yīng)，并顯示了在沒有保護(hù)電路時(shí)，造成對(duì) PSE 電源開關(guān)晶體管損壞的大電流路徑。CCM 表示系統(tǒng)的 48-V 線路與外殼接地之間的共模電容。這可以是 48-V 電源的正或負(fù)（48-V回路）線路。為簡化原理圖，僅在負(fù)極線路顯示了 CCM。該配置適用于使用 AC 斷接電路時(shí)的應(yīng)用，該配置還要求使用 D1。AC 斷接電路的工作會(huì)導(dǎo)致瞬態(tài)保護(hù)出現(xiàn)最壞的情況。

　　圖 2、若沒有保護(hù)電路，一次 ESD 或 EFT 事件就可以毀壞 PSE 的主電源開關(guān)。

　　在使用 RJ-45 線纜的應(yīng)用中，通常不會(huì)使用先前提到的線纜屏蔽保護(hù)技術(shù)。不過，圖 3 中顯示的解決方案對(duì) PSE 集成電路實(shí)施了充分的保護(hù)。當(dāng)使用 AC 斷接電路時(shí)可采用該電路，若沒有使用該電路，則不需要 D1 和 D3。

　　圖 3、該保護(hù)電路配合使用阻斷元件（電感器）和轉(zhuǎn)移電路（BS 終端和鉗位二極管）避免了 ESD 和 EFT 事件產(chǎn)生的浪涌損害。

　　關(guān)鍵組件的參數(shù)

　　認(rèn)真考慮以下保護(hù)電路中的每一個(gè)主要組件的關(guān)鍵參數(shù)是非常重要的。對(duì)于鉗位二極管 D2 和 D4 而言，關(guān)鍵參數(shù)是指前向恢復(fù)時(shí)間、瞬態(tài)電流能力以及前向電壓瞬態(tài)。TVS 二極管 D3 的關(guān)鍵參數(shù)是響應(yīng)時(shí)間、電流處理能力以及低阻抗。只有當(dāng) D1 用于 AC 斷接功能時(shí)，才要求 D3。

　　若考慮到更為嚴(yán)重的浪涌問題，比如 GR-1089-CORE 標(biāo)準(zhǔn)（樓宇間的雷電浪涌設(shè)計(jì)規(guī)范）中定義的浪涌，則 D2、D3（1500-W TVS）以及 D4 需要使用更為穩(wěn)健的組件。負(fù)電壓瞬態(tài)要求有肖特基二極管 D1，同時(shí)也需要Bob Smith （BS） 終端或線路對(duì)接地電容器，因?yàn)樽畛醯?ESD/EFT 瞬態(tài)是通過這些終端流向大地接地的。其他的主要組件是鐵氧體磁珠 FB1 和 FB2。這些組件提供了防止 C2 在高頻率時(shí)將終端短路的阻斷阻抗。48-V 總線 （100nF） 上的去耦電容器以及橋接 TPS2384 的 P 與 N 終端的電容器必須是低阻抗陶瓷電容器。C1 和 C2 必須非?？拷Q位二極管 D1 和 D2。48-V 總線 （D5） 上的 TVS 二極管通常的放置位置與 48-V 輸入連接器靠得很近。所有的器件都必須是表面貼裝封裝形式的，并帶有很低的寄生電感。

　　不管極性為正還是為負(fù)，保護(hù)組件均可避免瞬態(tài)電流進(jìn)入 TPS2384 芯片的 N 到 RTN 路徑，或 P 到 RTN 路徑。不過，這些瞬態(tài)電流由于瞬態(tài)源的不同，可能會(huì)有不同的路徑。圖 4 和圖 5 分別闡明了快速共模事件 ESD 或 EFT 的保護(hù)情況。

　　圖 4、本圖闡明了鐵氧體磁珠和鉗位二極管將正極ESD/EFT事件從TPS2384 芯片的P終端轉(zhuǎn)移到底座接地的電流路徑