淺談PoE設備的過電流和過電壓保護方案

標簽：POE 供電電源

POE (Power Over Ethernet)指的是在現有的以太網Cat.5布線基礎架構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、無線局域網接入點AP、網絡攝像機等)傳輸數據信號的同時，還能為此類設備提供直流供電的技術。POE技術能在確保現有結構化布線安全的同時保證現有網絡的正常運作，最大限度地降低成本。

POE也被稱為基于局域網的供電系統(POL, Power over LAN )或有源以太網( Active Ethernet)，有時也被簡稱為以太網供電，這是利用現存標準以太網傳輸電纜的同時傳送數據和電功率的最新標準規范，并保持了與現存以太網系統和用戶的兼容性。IEEE 802.3af標準是基于以太網供電系統POE的新標準，它在IEEE 802.3的基礎上增加了通過網線直接供電的相關標準，是現有以太網標準的擴展，也是第一個關于電源分配的國際標準。

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

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

越來越多的PoE應用，從智能標識、自動售貨機、建筑物進入控制以及時間和考勤系統到手機和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裝置提出了要求。這些保護器件被用來實現如下功能：保護供電設備不會因以太網電纜或用電設備的短路而損害;保護用電設備不會因供電設備的故障而損壞;保護用電和供電設備免受過電壓短路/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應用的過電流保護。與被保護元器件串聯安裝的高分子正溫度系數(PPTC)器件也提供了對干擾電流進行可靠、可復位的保護方法。固態晶閘管過電壓保護器件可與被保護電子元件并聯安裝，當有過電壓沖擊時，該保護器件可迅速從高阻切換到低阻態。

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

采用泰科SiBar晶閘管和PolySwith器件的過電流保護電路。

在不需要可復位功能的應用中，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的大電流表貼保險絲以滿足IEEE 802.3af標準的過電流保護要求。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。

由開關或雷電瞬變引入的過電壓可損壞支持PoE的設備，可采用不同的保護方法。兩類主要的過電壓保護器件，一種是箝位器件，另一種是折返式保護器件。如金屬氧化物壓敏電阻(MOV)和二極管等箝位器件在工作時，允許達到特定箝位電平的電壓施加到負荷上。而如以并聯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器件，能處理超過擊穿電壓的瞬間沖擊。

折返式保護器件比箝位器件有優勢。在折返狀態，因保護器件把有害的過電壓沖擊導離開負載，所以，負載上的電壓很小;而箝位器件仍將把所箝位的電壓施加到負載上。因此，折返式保護器件的功耗遠比箝位器件的低。

對許多PoE應用來說，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，晶閘管的低導通電壓可允許其把體積做得更小，從而節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據速率電路中。