//-//
Рисунок 1. Рекомендуемые компоненты защиты для схемы протокола PoE ++
Рекомендуется использовать предохранитель для защиты каждой из восьми линий передачи данных от токовых перегрузок. Нужно рассмотреть возможность использования плавкого предохранителя с задержкой срабатывания, чтобы избежать нежелательных отключений из-за скачков тока вызванных импульсным источником питания или грозовых скачков. Еще один фактор, который можно избежать с помощью предохранителя — повреждение из-за неправильного подключения или короткого замыкания в линии питания. Убедитесь, что выбранный предохранитель соответствует таким стандартам, как IEC 62368-1, Telcordia GR-1089 и FCC 47 Part 8 Surge Specifications. Предохранители, отвечающие этим требованиям, имеют рабочий ток около 2 А или меньше.
Ищите предохранитель с номиналом отключения до 100 А, чтобы предохранитель мог открыться и не испаряться даже в самых тяжелых условиях перегрузки. Предохранители, соответствующие указанным стандартам, могут открыться примерно за секунду до 250% перегрузки. Чтобы обеспечить эффективную сборку печатной платы, выберите версию для поверхностного монтажа, подходящую для пайки оплавлением.
На центральном отводе изолирующих трансформаторов сигналов используйте защитный тиристор, подключенный к заземлению, для поглощения и предотвращения переходных процессов напряжения, включая удары молнии, от прохождения через сигнальные трансформаторы. Защитные тиристоры, такие как Littelfuse SIDACtors, представляют собой устройства типа шунтирующий вентиль с низким напряжением в открытом состоянии и способностью поглощать большие токи от переходных процессов.
Версии тиристоров защиты могут:
- Лом переходное напряжение до 6 В
- Поглощение импульсного тока до 200 А
- Минимизировать выброс напряжения
- Иметь низкую емкость около 100 пФ
- Поглощение переходных процессов любой полярности
- Избегайте ухудшения характеристик в результате многократных скачков напряжения.
Предохранитель в сочетании с защитным тиристором соответствует международным нормативным стандартам GR 1080 и IEC 62368-1 для защиты телекоммуникационного оборудования.
Защита набора микросхем физического уровня Ethernet
Для набора микросхем Ethernet PHY основными переходными процессами, которые могут вызвать повреждение, являются электростатический разряд, процесс разряда кабеля и быстрые электрические переходные процессы в линиях передачи данных. Диодная матрица ограничителя переходных напряжений (TVS) может обеспечить необходимую защиту. Для защиты всех восьми линий данных используйте две 4-канальные диодные матрицы TVS, как показано на рисунке 2.
//-//
Рис. 2. Четырехканальная ИС диодной матрицы TVS для защиты схемы физического уровня (PHY) Ethernet с двунаправленными диодными парами и стабилитроном для дополнительной защиты от фиксации.
Преимущества использования диодной матрицы TVS:
- Защита от электростатических разрядов до ± 30 кВ
- Поглощение переходных процессов при импульсной мощности до 1000 Вт или пиковом токе до 45 А
- Минимальное искажение сигнала - всего 2,5 пФ на контакт относительно земли
- Маломощный сток с 0,5 мкА
- Компактный корпус µDFN-10 для поверхностного монтажа.
Защита контроллера питаемого устройства (PD)
Контроллер PD представляет собой преобразователь постоянного тока в постоянный, который обеспечивает питание постоянным током оборудования. Цепи выпрямителя переменного / постоянного тока показаны в отдельных схемных блоках. Цепи выпрямителя напрямую взаимодействуют с входящими сигналами от разъема RJ45. Чтобы защитить схемы выпрямителя от скачков напряжения, рекомендуется использовать двунаправленные TVS-диоды на входных линиях. Версии этих серий диодных пар способны поглощать до 1500 Вт импульсной мощности или импульсный ток 200 А. TVS-диоды очень быстро реагируют на переходные процессы с временем отклика менее 1 пс. Кроме того, их ток утечки составляет менее 1 мкА, чтобы минимизировать энергопотребление цепи.
Завершается защита контроллера PD с помощью однонаправленного TVS-диода на выходе выпрямителя и на входе источника постоянного / постоянного тока контроллера PD. Нужно будет выбрать подходящее напряжение зажима в зависимости от конструкции вашей схемы. Компонент обеспечит быструю реакцию на переходный процесс.
Защита сети PoE в здании
Сеть PoE внутри здания - менее жесткая среда; и сеть PoE передает максимум 15,4 Вт или 350 мА. Здесь рекомендуется защитить PHY от вредных событий электростатического разряда с помощью 2-канальной диодной матрицы TVS.
На рисунке 3 (блок-схема слева) подробно описан пример сети PoE и показана диодная матрица TVS на линиях ввода / вывода к набору микросхем Ethernet PHY.
//-//
Рисунок 3. Рекомендуемые компоненты для защиты внутренних и внешних цепей PoE.
На рисунке 4 показана схема 2-канальной диодной матрицы TVS. Рассмотрите возможность использования защитной диодной матрицы, способной поглощать электрические разряды напряжением до ± 30 кВ и скачки тока в диапазоне 40 А.
//-//
Рисунок 4. Двухканальная ИС диодной матрицы TVS для защиты от переходных процессов напряжения в цепи Ethernet PHY.
Чтобы свести к минимуму искажение сигналов Tx и Rx, ищите корпуса с емкостью не более 2 пФ относительно земли. Также ищите матрицу TVS-диодов с низким током утечки, например, менее 1 мкА.
Защита сети PoE во внешней среде
Наружная среда - гораздо более жесткая для электроники, чем помещение. Существует более высокий риск того, что перекрестная сеть может вызвать перегрузки по току, а также более высокий риск возникновения скачков напряжения, вызванных молнией. Как и в схеме защиты PoE ++, на каждой линии ввода-вывода для любых цепей PoE на открытом воздухе и в суровых условиях рекомендуется использовать предохранитель с выдержкой времени для защиты от перекрестных событий питания. Пример показан в правой части рисунка 3. В этой сложной среде, помимо предохранителей, необходимо также разместить газоразрядные трубки поперек линий ввода-вывода. Газоразрядная трубка обеспечивает защиту лома от молнии или других опасных переходных процессов. Газоразрядная трубка обладает следующими свойствами:
- Способность поглощать и выдерживать скачки тока до 1000 А
- Низкая емкость, <1 пФ, независимо от напряжения, приложенного к компоненту
- Версии с корпусом для поверхностного монтажа.
Обратите внимание, что комбинация предохранителя и газоразрядной трубки должна соответствовать всем нормативным требованиям, описанным для стандарта PoE ++.
Как и другие схемы, диодная матрица TVS может защитить набор микросхем Ethernet PHY. В случае схемы PoE на открытом воздухе рассмотрите возможность использования диодной матрицы TVS большей мощности. Одной из таких более мощных диодных матриц TVS является двухканальный компонент, показанный на рисунке 5.
//-//
Рисунок 5. Распиновка и функциональная блок-схема двухканального устройства защиты от переходных процессов на диоде TVS.
Такие компоненты способны поглощать переходную мощность 3000 Вт или импульсный ток 150 А. Внутренний стабилитрон обеспечивает защиту от переходных процессов в компоненте, а внутренние ограничивающие диоды обеспечивают дифференциальную защиту от переходных процессов по отдельным каналам.
Ценность надежных конструкций
Включение защиты от перегрузки в конструкцию вашей системы связи предотвратит повреждения окружающей среды. Выгоды от снижения затрат на обслуживание и повышения репутации в отношении качества продукции намного перевешивают небольшую стоимость дополнительных компонентов, добавленных в конструкцию продукта.
Если вы включите защиту как часть первоначального определения проекта, а не второстепенно, это минимально повлияет на время разработки. Кроме того, вы можете сэкономить драгоценное время на разработку при проектировании и выборе компонентов защиты, воспользовавшись опытом производителя. Производитель может помочь с решениями, которые являются рентабельными и предлагают самую низкую стоимость кураторства. Высококачественная репутация вашего продукта увеличит доход вашей компании и приведет к более высокой прибыльности. Ваша ценность также будет увеличена.