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網口防雷電路設計

作者:不詳 ; 發布時間:2017-3-15 15:10:44 ; 來源:互聯網  點擊:

網口的防雷可以采用兩種思路:一種思路是要給雷電電流以泄放通路,把高壓在變壓器之前泄放掉,盡可能減少對變壓器影響,同時注意減少共模過電壓轉為差模過電壓的可能性。另一種思路是利用變壓器的絕緣耐壓,通過良好的器件選型與PCB設計將高壓隔離在變壓器的初級,從而實現對接口的隔離保護。

       室外走線網口防雷電路和室內走線網口防雷電路就分別采用的是這兩種思路。


室外走線網口防雷電路

當有可能室外走線時,端口的防護等級要求較高,防護電路可以按圖設計。


 

圖中室外走線網口防護電路的基本原理圖,從圖中可以看出該電路的結構與室外走線E1口防雷電路類似。

共模防護通過氣體放電管實現,差模防護通過氣體放電管和TVS管組成的二級防護電路實現。圖中G1G2是三極氣體放電管,型號是3R097CXA,它可以同時起到兩信號線間的差模保護和兩線對地的共模保護效果。

中間的退耦選用2.2Ω/2W電阻,使前后級防護電路能夠相互配合,電阻值在保證信號傳輸的前提下盡可能往大選取,防雷性能會更好,但電阻值不能小于2.2Ω。

后級防護用的TVS管,因為網口傳輸速率高,在網口防雷電路中應用的組合式TVS管需要具有更低的結電容,這里推薦的器件型號為SLVU2.8-4

中下方的原理圖就是采用上述器件網口部分的詳細原理圖。

三極氣體放電管的中間一極接保護地PGND,要保證設備的工作地GND和保護地PGND通過PCB走線在母板或通過電纜在結構體上匯合(不能通過0Ω電阻或電容),這樣才能減小GNDPGND的電位差,使防雷電路發揮保護作用。

電路設計需要注意RJ45接頭到三極氣體放電管的PCB走線加粗到40mil,走線布在TOP層或BOTTOM層。若單層不能布這么粗的線,可采取兩層或三層走線的方式來滿足走線的寬度。退耦電阻到變壓器的PCB走線建議采用15mil線寬。

該防雷電路的插入損耗小于0.3dB,對100M以太網口的傳輸信號質量影響比較小。


室內走線網口防雷電路

當只在室內走線時,防護要求較低,因此防雷電路可以簡化設計,如圖所示,室內走線網口防護電路的基本原理圖


 

RJ45接頭的以太網信號電纜是平衡雙絞線,感應的雷電過電壓以共模為主,如果能夠對過電壓進行有效的防護,差模的防護選用小量級的器件就可以了,通常可以選用SLVU2.8-4,它可以達到差模0.5kV1.2/50us)的防護能力,但是當產品目標包括北美市場時,差模防護器件推薦選用LC03-3.3,它可以滿足NEBS認證的需求。


我們從共模防護的角度對室內室外這兩種電路做一下比較。室外標準的電路采用氣體放電管實現共模的防護,當端口處有共模過電壓產生時,通過擊穿氣體放電管轉化成過電流并泄放,從而達到保護的目的。

而圖室內標準的網口防護電路只設計了差模的防護電路,沒有設計共模的防護電路,它在端口的共模防護上采用就是我們前面說的隔離保護的思路,它利用網口變壓器的隔離特性實現端口的共模防護。當端口處有過電壓產生時,這個過電壓會加到網口變壓器的初級,由于變壓器有一定的隔離特性,只要過電壓不超過變壓器初級與次級的耐壓能力而被擊穿,過電壓會完全被隔離在初級側,從而對次級側基本不造成影響,達到端口保護的目的。


從上述原理可以看出,室內標準的這種電路的共模防護主要靠變壓器前級的PCB走線以及變壓器的絕緣耐壓實現,因此要嚴格注意器件的選型PCB設計


首先,在以太網口電路設計時應樹立高壓線路和低壓線路分開的意識。其中變壓器接外線側的以太網差分信號線、Bob-Smitch電路是直接連接到RJ45接頭上的,容易引入外界的過電壓(如雷電感應等),是屬于高壓信號線。而指示燈控制線、電源GND是由系統內提供,屬于低壓線路。

 
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