導言：以太網供電（Power over Ethernet，PoE）系統(tǒng)不需要對連接的設備使用電源和電纜，而且不需要將設備定位在交流電源插座附近，因此正逐漸變得日益流行。 近年來的發(fā)展使PoE 能夠提供高達 30W 的電源（即 PoE+），這反過來增加了潛在應用的數量。 現(xiàn)在，以太網能夠為 VoIP（互聯(lián)網語音協(xié)議）電話設備、擴展的無線接入點和監(jiān)視攝像頭提供充分的電源。

雖然更高功率水平已證明對許多設計人員是一種福音，但它們還使用戶能夠將這些設備移到室外，或者移入使設備遭受雷擊、ESD 放電和意外電源故障的其他環(huán)境。 因此，提供合適的電路保護非常重要。

TVS 二極管提供雷電保護

選擇適合特定設備的雷電保護取決于設備遭受雷擊的方式。 對于室內嚴重程度低的應用，可以在二級位置和三級位置中 RJ-45 和以太網 PHY（物理）層之間使用瞬態(tài)電壓抑制器 (TVS) 二極管陣列。 （參見圖 1.）

雷擊引起的電涌事件在幾納秒內激活 TVS 二極管陣列TVS1，提供鉗位功能，將突如其來的電涌引離敏感的以太網線路驅動器電路。 TVS2 將通過變壓器耦合的所有殘余電涌鉗位。 對于更穩(wěn)健的方法，可以為每個線對使用 TVS二極管陣列；否則，一個 TVS 陣列可以保護兩個線對，如同 TVS2 那樣。 涉及長期 50- 和 60-Hz 波形的電源故障事件，在 TVS 設備提供電流路徑之后，激活 1.25A 保險絲 F1至 F4。

供電設備保護

在供電設備 (PD) 端，必須能夠防止 57 - 90 V 電涌，前提是一切電涌難以超過 100V。 電涌保護設備的觸發(fā)電壓應大于可能在電纜上出現(xiàn)的任何穩(wěn)定狀態(tài)的電壓。 PoE 電壓可以達到 57 V，因此，設備不得在此電壓或低于此電壓時觸發(fā)。

這種方法還可以防止電涌保護器在電源分類測試或阻性電源恢復測試期間打開。 而且，某些電源系統(tǒng)提供 48 V 電壓，而其他一些電源系統(tǒng)提供的電壓為 -48 V，因此保護設備不得區(qū)分極性。 在此情況下，設計人員通常采用雙向半導體晶閘管電涌保護設備。 （參見圖 2.） 固態(tài)消弧設備僅在可用電流低于指定的保持電流時重置。 這種設置不是問題，因為它可以從供應電源的設備 (PSE) 吸收過多的電流，在過流情況下暫時關機，使半導體晶閘管電涌保護器重置。

數據對導線中的保險絲提供必要的過流保護，對一級 GR-1089 事件的雷擊引起的過壓電涌不敏感。 雙向半導體晶閘管電涌保護設備 IC1 至 IC4 或 SIDACtor設備（參見圖3.）提供過壓消弧保護方法，根據 GR-1089 第 6 版，這種方法符合一級和二級雷擊電涌。
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IC1 至 IC4 的兩根偏置導線連接到小于保護設備打開閾值電壓的所有可用電壓桿，使關閉狀態(tài)的電容保持穩(wěn)定，并幫助保持信號完整性。 對于 48 V PoE，雙向半導體晶閘管電涌保護設備 IC1 至 IC4 可以具有 58 V 的最小閾值。PoE 電壓高于 57 V 的不合規(guī) IEEE 802.3 系統(tǒng)需要具有更高最小閾值的保護設備。

三級或芯片側方法是一個 TVS 二極管軌鉗位陣列，即TVS3，它可以在耦合變壓器之后提供額外的保護。 BobSmith 終端是一種減少數據對以一致的方法相互關聯(lián)的多對導體系統(tǒng)上縱向或共模電流的方法。如果使用Bob Smith終端，您應對終端進行電容隔離，從而使它們不會承載PoE 電源。 這種組合式金屬/微分和縱向/共模保護方法需要在傳輸對和接收對的導線上安裝保險絲。

不采用縱向模式的方法可能只要求一個數據對安裝一根保險絲，適用于較低數據速率的以太網，例如 10BaseT。 對于 100 和 1000BaseT 系統(tǒng)，謹慎起見，將相同的保險絲組件置于數據對的兩個引腳中，以保護回路平衡。

如果保護性半導體晶閘管設備的引腳 3 和 6 沒有連接到地線，而是對 10BaseT 以太網系統(tǒng)保持開路，則可以采用單保險絲的方法。 由于 IEEE 802.3 出于電纜放電事件原因并不嚴格允許對耦合變壓器的主側采取共模保護，半導體晶閘管電涌保護設備通常不連接到地線。 因此，大部分以太網方法取決于用于線端上縱向/共模保護的耦合變壓器的隔離電壓，而耦合變壓器的次要側上的三級位置可以連接到以太網線路驅動器的接地基準。

TVS3 是一種 2.5V TVS 二極管陣列，它在耦合變壓器的芯片側提供三級保護。 這種方法符合 GR 1089Core 第 6版的電涌和電源故障要求，適用于建筑物內和建筑物間PoE。 您可以使用 0.3 A PTC 設備取代保險絲，以符合ITU K.20/21（增強和基本）要求，其中包含 10BaseT 以太網的協(xié)調條款。

但是，對于 100 和 1000BaseT，您可以使用一對相應大小、精密度百分之一的電阻來促進次要保護器和主要保護器之間的協(xié)調。

圖 4 顯示的是符合系統(tǒng) PD 端的模式 A 和模式 B PoE 電源的 400W TVS 方法。 對于更惡劣的電涌環(huán)境（例如監(jiān)管標準 ITU K.20 增強或 GR-1089 端口類型 5 描述的環(huán)境），也可以采用更穩(wěn)健的 1500 和 3000W 方法。

隨著 PoE 系統(tǒng)提供的電源逐漸增加，開發(fā)人員不斷在危險性更高（從雷擊引起的過壓和 50 至 60 Hz 電源線路故障）的區(qū)域中安裝以太網設備。 合理地使用雙向電涌保護設備、TVS 二極管、保險絲和 PTC 設備可以幫助確保設備在這些危險環(huán)境中可靠工作。