瞬態(tài)保護電路指南
保護電路不應(yīng)干擾受保護電路的正常行為,此外,其還必須防止任何電壓瞬態(tài)造成整個系統(tǒng)的重復(fù)性或非重復(fù)性的不穩(wěn)定行為。為滿足這些要求,我們?yōu)殡娮酉到y(tǒng)的電壓瞬態(tài)保護設(shè)計規(guī)定了許多設(shè)計指南,瞬態(tài)電壓源可以分為差分型、共模型,或差分和共模合一型。瞬態(tài)電壓保護技術(shù)可分為屏蔽和接地、過濾、電氣隔離以及使用諸如二極管的非線性器件等類型。阻斷和轉(zhuǎn)移 (diverting) 技術(shù)的結(jié)合使用實現(xiàn)了有效的電路保護。使用共模線圈可能是非常有必要的,但是所選的電壓抑制器的設(shè)計還必須符合應(yīng)用的速度和穩(wěn)健性要求。例如,必須對有低ESR的高電壓(高于或等于 2kV)使用能吸收直接瞬態(tài)沖擊的分路(線路對大地接地)電容器。
PoE電路保護
盡管在本文中討論的僅是通常在受保護設(shè)備內(nèi)部署的二次側(cè)保護,但我們應(yīng)注意到,對于室外電信光纜來說,要求有一次側(cè)電信保護設(shè)備。
在PoE 應(yīng)用中,PSE 是由 48-V 電源供電的。通常,PSE 會有一些與大地接地相連的共模電容。這些電容可以是離散電容,也可以是 PCB 板的層間電容,或兩類電容的結(jié)合。由于 PSE 實際上并不是浮動的,因此施加于數(shù)據(jù)連接器上的任何共模電壓瞬態(tài)都能造成 PSE 組件的電壓擊穿。對于 PSE 端口電源開關(guān)晶體管來說,尤其如此。圖 2 顯示了該效應(yīng),并顯示了在沒有保護電路時,造成對 PSE 電源開關(guān)晶體管損壞的大電流路徑。CCM 表示系統(tǒng)的 48-V 線路與外殼接地之間的共模電容。這可以是 48-V 電源的正或負(48-V回路)線路。為簡化原理圖,僅在負極線路顯示了 CCM。該配置適用于使用 AC 斷接電路時的應(yīng)用,該配置還要求使用 D1。AC 斷接電路的工作會導(dǎo)致瞬態(tài)保護出現(xiàn)最壞的情況。
圖 2、若沒有保護電路,一次 ESD 或 EFT 事件就可以毀壞 PSE 的主電源開關(guān)。
在使用 RJ-45 線纜的應(yīng)用中,通常不會使用先前提到的線纜屏蔽保護技術(shù)。不過,圖 3 中顯示的解決方案對 PSE 集成電路實施了充分的保護。當使用 AC 斷接電路時可采用該電路,若沒有使用該電路,則不需要 D1 和 D3。
圖 3、該保護電路配合使用阻斷元件(電感器)和轉(zhuǎn)移電路(BS 終端和鉗位二極管)避免了 ESD 和 EFT 事件產(chǎn)生的浪涌損害。
關(guān)鍵組件的參數(shù)
認真考慮以下保護電路中的每一個主要組件的關(guān)鍵參數(shù)是非常重要的。對于鉗位二極管 D2 和 D4 而言,關(guān)鍵參數(shù)是指前向恢復(fù)時間、瞬態(tài)電流能力以及前向電壓瞬態(tài)。TVS 二極管 D3 的關(guān)鍵參數(shù)是響應(yīng)時間、電流處理能力以及低阻抗。只有當 D1 用于 AC 斷接功能時,才要求 D3。
若考慮到更為嚴重的浪涌問題,比如 GR-1089-CORE 標準(樓宇間的雷電浪涌設(shè)計規(guī)范)中定義的浪涌,則 D2、D3(1500-W TVS)以及 D4 需要使用更為穩(wěn)健的組件。負電壓瞬態(tài)要求有肖特基二極管 D1,同時也需要Bob Smith (BS) 終端或線路對接地電容器,因為最初的 ESD/EFT 瞬態(tài)是通過這些終端流向大地接地的。其他的主要組件是鐵氧體磁珠 FB1 和 FB2。這些組件提供了防止 C2 在高頻率時將終端短路的阻斷阻抗。48-V 總線 (100nF) 上的去耦電容器以及橋接 TPS2384 的 P 與 N 終端的電容器必須是低阻抗陶瓷電容器。C1 和 C2 必須非??拷Q位二極管 D1 和 D2。48-V 總線 (D5) 上的 TVS 二極管通常的放置位置與 48-V 輸入連接器靠得很近。所有的器件都必須是表面貼裝封裝形式的,并帶有很低的寄生電感。
不管極性為正還是為負,保護組件均可避免瞬態(tài)電流進入 TPS2384 芯片的 N 到 RTN 路徑,或 P 到 RTN 路徑。不過,這些瞬態(tài)電流由于瞬態(tài)源的不同,可能會有不同的路徑。圖 4 和圖 5 分別闡明了快速共模事件 ESD 或 EFT 的保護情況。
圖 4、本圖闡明了鐵氧體磁珠和鉗位二極管將正極ESD/EFT事件從TPS2384 芯片的P終端轉(zhuǎn)移到底座接地的電流路徑
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