淺談PoE設(shè)備的過電流和過電壓保護(hù)方案

標(biāo)簽：POE 供電電源

POE (Power Over Ethernet)指的是在現(xiàn)有的以太網(wǎng)Cat.5布線基礎(chǔ)架構(gòu)不作做何改動的情況下，在為一些基于IP的終端(如IP電話機(jī)、無線局域網(wǎng)接入點AP、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)等)傳輸數(shù)據(jù)信號的同時，還能為此類設(shè)備提供直流供電的技術(shù)。POE技術(shù)能在確保現(xiàn)有結(jié)構(gòu)化布線安全的同時保證現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的正常運作，最大限度地降低成本。

POE也被稱為基于局域網(wǎng)的供電系統(tǒng)(POL, Power over LAN )或有源以太網(wǎng)( Active Ethernet)，有時也被簡稱為以太網(wǎng)供電，這是利用現(xiàn)存標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)傳輸電纜的同時傳送數(shù)據(jù)和電功率的最新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并保持了與現(xiàn)存以太網(wǎng)系統(tǒng)和用戶的兼容性。IEEE 802.3af標(biāo)準(zhǔn)是基于以太網(wǎng)供電系統(tǒng)POE的新標(biāo)準(zhǔn)，它在IEEE 802.3的基礎(chǔ)上增加了通過網(wǎng)線直接供電的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，是現(xiàn)有以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展，也是第一個關(guān)于電源分配的國際標(biāo)準(zhǔn)。

IEEE在1999年開始制定該標(biāo)準(zhǔn)，最早參與的廠商有3Com, Intel, PowerDsine, Nortel, Mitel和National Semiconductor。但是，該標(biāo)準(zhǔn)的缺點一直制約著市場的擴(kuò)大。直到2003年6月，IEEE批準(zhǔn)了802. 3af標(biāo)準(zhǔn)，它明確規(guī)定了遠(yuǎn)程系統(tǒng)中的電力檢測和控制事項，并對路由器、交換機(jī)和集線器通過以太網(wǎng)電纜向IP電話、安全系統(tǒng)以及無線LAN接入點等設(shè)備供電的方式進(jìn)行了規(guī)定。IEEE 802.3af的發(fā)展包含了許多公司專家的努力，這也使得該標(biāo)準(zhǔn)可以在各方面得到檢驗。

以太網(wǎng)供電(PoE)設(shè)備及其電子元件是為工作在特定電流和電壓條件下而設(shè)計的。如果因短路或電壓瞬變出現(xiàn)超過了這些標(biāo)稱條件，則可能會對器件造成永久性損壞，設(shè)備也會出現(xiàn)故障。過電流和過電壓保護(hù)裝置被用來同時幫助保護(hù)供電設(shè)備(PSE)和用電設(shè)備(PD)。

越來越多的PoE應(yīng)用，從智能標(biāo)識、自動售貨機(jī)、建筑物進(jìn)入控制以及時間和考勤系統(tǒng)到手機(jī)和PDA充電器和電子樂器，都對更加可靠和靈活的過電流和過電壓保護(hù)裝置提出了要求。這些保護(hù)器件被用來實現(xiàn)如下功能：保護(hù)供電設(shè)備不會因以太網(wǎng)電纜或用電設(shè)備的短路而損害;保護(hù)用電設(shè)備不會因供電設(shè)備的故障而損壞;保護(hù)用電和供電設(shè)備免受過電壓短路/瞬變的損壞。

在許多情況，一次性使用保險絲有助于提供對PoE應(yīng)用的過電流保護(hù)。與被保護(hù)元器件串聯(lián)安裝的高分子正溫度系數(shù)(PPTC)器件也提供了對干擾電流進(jìn)行可靠、可復(fù)位的保護(hù)方法。固態(tài)晶閘管過電壓保護(hù)器件可與被保護(hù)電子元件并聯(lián)安裝，當(dāng)有過電壓沖擊時，該保護(hù)器件可迅速從高阻切換到低阻態(tài)。

一般認(rèn)為保險絲是最簡單、成本最低的保護(hù)方案之一。然而，若可復(fù)位PPTC器件能規(guī)避因電氣短路、電路過載、或客戶使用不當(dāng)所造成的過電流損壞，則許多設(shè)備制造商可很容易認(rèn)識到采用PPTC器件物有所值。當(dāng)出現(xiàn)故障后，PPTC器件一般不需要更換;當(dāng)斷開電源以及排除過電流狀況后，PPTC器件允許電路恢復(fù)至正常工作狀態(tài)。

采用泰科SiBar晶閘管和PolySwith器件的過電流保護(hù)電路。

在不需要可復(fù)位功能的應(yīng)用中，可采用能提供清潔熔斷特性以及可把熔斷這一事件物理地局限在封裝內(nèi)的大電流表貼保險絲以滿足IEEE 802.3af標(biāo)準(zhǔn)的過電流保護(hù)要求。重要的是要注意，一次性使用的保險絲必須要能承受電流沖擊和波動。

由開關(guān)或雷電瞬變引入的過電壓可損壞支持PoE的設(shè)備，可采用不同的保護(hù)方法。兩類主要的過電壓保護(hù)器件，一種是箝位器件，另一種是折返式保護(hù)器件。如金屬氧化物壓敏電阻(MOV)和二極管等箝位器件在工作時，允許達(dá)到特定箝位電平的電壓施加到負(fù)荷上。而如以并聯(lián)分流方式工作的氣體放電管和晶閘管浪涌抑制器等折返式保護(hù)器件，能處理超過擊穿電壓的瞬間沖擊。

折返式保護(hù)器件比箝位器件有優(yōu)勢。在折返狀態(tài)，因保護(hù)器件把有害的過電壓沖擊導(dǎo)離開負(fù)載，所以，負(fù)載上的電壓很小;而箝位器件仍將把所箝位的電壓施加到負(fù)載上。因此，折返式保護(hù)器件的功耗遠(yuǎn)比箝位器件的低。

對許多PoE應(yīng)用來說，晶閘管浪涌抑制器是首選方案。晶閘管把瞬間過電壓“折返”到一個比瞬變電壓抑制器(TVS)二極管更低的電壓水平，且具有比TVS二極管更低的電壓峰值和平均電壓通過值。這些特性使傳遞給PoE設(shè)備的過電壓和功率沖擊更小。

此外，與具有較大能量處理能力的TVS二極管相比，晶閘管的低導(dǎo)通電壓可允許其把體積做得更小，從而節(jié)約了寶貴的印刷電路板空間。晶閘管相對低的容抗還允許將其使用在高數(shù)據(jù)速率電路中。