网口防雷可采用两种思路:一种思路是给雷电电流放电通路,在变压器前释放高压,尽量减少对变压器的影响,同时注意降低共模过电压转换为差模过电压的可能性。另一种思路是通过良好的设备选择和PCB在变压器的初级设计中,实现对接口的隔离保护。
室外布线网口防雷电路和室内布线网口防雷电路分别采用这两种思路。
室外布线网口防雷电路
在室外行走时,端口的防护等级要求较高,防护电路可按图纸设计。
图中室外布线网口防护电路的基本原理图,从图中可以看出该电路的结构和室外布线E1口防雷电路相似。
通过气体放电管实现共模保护和差模保护TVS实现管道组成的二次防护电路。G1和G2是三极气体放电管,型号为3R097CXA,它能同时起到两条信号线之间的差模保护和两条线对地的共模保护作用。
中间的退耦选择2.2Ω/2W电阻,使前后保护电路相互配合,在保证信号传输的前提下尽可能选择电阻值,防雷性能更好,但电阻值不小于2.2Ω。
用于后保护TVS管道由于网口传输速率高,应用于网口防雷电路TVS管道需要较低的结电容,这里推荐的设备型号是SLVU2.8-4。
图中下方的原理图是上述设备网口的详细原理图。
三极气体放电管中间一极保护地PGND,确保设备的工作地点GND和保护地PGND通过PCB在母板母板上或通过电缆在结构上汇合(0不能通过Ω电阻或电容),这样才能减小GND和PGND电位差保护防雷电路。
注意电路设计RJ从45接头到三极气体放电管PCB走线加粗到40mil,走线布在TOP层或BOTTOM层。如果单层不能布这么厚的线,可以采用两三层布线来满足布线的宽度。退耦电阻到变压器PCB建议采用15条布线mil线宽。
该防雷电路的插入损耗小于0.3dB,对100M以太网口传输信号质量影响较小。
室内布线网口防雷电路
只在室内布线时,防护要求较低,防雷电路可简化设计,如图所示,室内布线网口防护电路基本原理图
RJ45接头的以太网信号电缆为平衡双绞线,感应雷电过电压以共模为主。如果能有效保护过电压,可以选择小型设备来保护差模,通常可以选择SLVU2.8-4,它可以达到0的差异.5kV(1.2/50us)但当产品目标包括北美市场时,建议选择差模防护装置LC03-3.3,它可以满足NEBS认证要求。
我们从共模保护的角度对室内外电路进行比较。室外标准电路采用气体放电管实现共模保护。当端口产生共模过电压时,通过击穿气体放电管将其转化为过电流并排放,以达到保护的目的。
室内标准网口保护电路仅设计差模保护电路,无共模保护电路。它采用了前面提到的隔离保护理念,利用网口变压器的隔离特性实现了端口的共模保护。当端口产生过电压时,过电压会增加到网口变压器的初级水平。由于变压器具有一定的隔离特性,只要过电压不超过变压器的初级和次级耐压性,过电压就会完全隔离在初级水平,基本不影响次级水平,达到端口保护的目的。
从以上原理可以看出,该电路的室内标准共模保护主要依靠变压器的前级PCB要严格注意设备的选型和变压器的绝缘和耐压性PCB的设计。
首先,在设计以太网口电路时,要树立高压线路与低压线路分离的意识。其中,变压器连接外侧以太网差信号线Bob-Smitch电路直接连接RJ45接头上的过电压(如雷电感应等)容易引入,属于高压信号线。指示灯控制线、电源、GND属于低压线路的系统提供。
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