了解電氣瞬態(tài)的不同原因和特征，可以使設(shè)計人員利用離散保護電路對 PoE 系統(tǒng)進行很好地保護，以避免電氣瞬態(tài)事件造成的損害。

電氣過應(yīng)力可以造成電子設(shè)備或系統(tǒng)的失效、永久性性能下降，或暫時性的不穩(wěn)定行為。通信系統(tǒng)和應(yīng)用電路的集成度越高，對電氣瞬態(tài)的敏感性也就越高。抑制這些瞬態(tài)對設(shè)計人員來說是一個巨大的挑戰(zhàn)，因為過壓的來源和嚴重程度可能是未知的。

設(shè)計一款電子電路或定義一個完整系統(tǒng)時，確定這些應(yīng)力源，并正確理解它們的機制以正確定義操作系統(tǒng)的環(huán)境是非常重要的。這樣做可以使您定義簡單的設(shè)計規(guī)則，并利用低成本的解決方案對敏感的電子系統(tǒng)進行充分有效的保護。

以太網(wǎng)供電 (PoE) 設(shè)備是一種必須對敏感電源電路進行保護的系統(tǒng)。盡管 PoE 規(guī)范提供了過電流保護功能，但對那些會損害其他類型電源設(shè)備的電氣瞬態(tài)來說，這些系統(tǒng)也很易遭受同樣的損害。[1-2]

在 PoE 設(shè)備中，供電設(shè)備 (PSE) 將電源通過以太網(wǎng)線纜供應(yīng)到用電設(shè)備 (PD) 中。如圖 1 所示，通過以太網(wǎng)線纜數(shù)據(jù)通道所用的兩條雙絞線對的共模電壓差進行供電。通過使用額外的備用雙絞線對，可以提供更多的電力。PoE 的應(yīng)用范圍很廣，其中包括辦公和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)等環(huán)境。以太網(wǎng)線纜或設(shè)備通常為室內(nèi)使用，但是也可以用于室外應(yīng)用。

圖1、在本單端口 PoE 應(yīng)用例子中，通過以太網(wǎng)線纜的信號對實現(xiàn)了電源供電；而通過備用雙絞線對實現(xiàn)了更多電力供應(yīng)。

PoE 應(yīng)用中的瞬態(tài)

當前已開發(fā)了許多標準，對不同應(yīng)用中的瞬態(tài)過壓環(huán)境進行模擬或仿真。例如，根據(jù) IEC 瞬態(tài)抗擾度標準，瞬態(tài)可以分為以下三大類：

IEC 61000-4-2：靜電放電 (ESD)；

IEC 61000-4-4：電氣快速瞬態(tài)/脈沖群 (EFT)；

IEC 61000-4-5：浪涌。

這些 IEC 標準也定義了應(yīng)用于每一瞬態(tài)類別的抗擾度測試方法，并且它們還向瞬態(tài)抑制組件的廠家提供了一些符合特定組件特征的標準化波形和過電壓電平。[3]

靜電放電 (ESD)

ESD 是由兩種絕緣材料接觸、分開而引起的電荷累加造成的；當帶電體接近另一個電位較低的物體時，就會引起相應(yīng)的能量釋放。例如，當人走過地毯時，就可以產(chǎn)生超過 1.5kV 的電荷。

ESD 是一種共模電氣事件，并且是通過電氣路徑，從一個元件到另一個元件的放電現(xiàn)象，最后以外殼接地結(jié)束。清楚地確定電流路徑，并確保其對敏感電路不會造成損害是一項很重要的設(shè)計指南。一個更好的選項就是為放電電流提供一個替代放電路徑，以繞過該敏感電路。

IEC 61000-4-2 標準模擬了來自持有金屬物體的人的 ESD 事件，稱為人體金屬模型 (HMM)，可以分為直接接觸放電（接觸放電）或接近放電（空氣放電）。表 1 列出了接觸模式下的 ESD 發(fā)生器的波形參數(shù)，且在該模式下上升時間小于 1ns。總的電流脈沖持續(xù)時間大約為 150ns。

表 1、IEC 61000-4-2 波形參數(shù)。

另一個威脅因素是線纜放電事件。當以太網(wǎng)線纜充電，并放電到與該線纜相連的一個電路中時，就會發(fā)生線纜放電事件。線纜也能通過摩擦帶電（例如，將線纜在地毯上拖曳）或通過感應(yīng)（例如，來自持有線纜的帶電人體）的方式進行充電。目前還未確定用特定的測試方法來定義線纜放電的標準。絕大多數(shù)的廠商都使用內(nèi)部線纜放電事件 (CDE) 對設(shè)備 (setup) 進行測試以對他們的設(shè)計進行評估。極少數(shù)人認為只要通過 IEC 等級 4 測試，就已足夠?qū)Υ祟惙烹娺M行保護了。

不過，那種認為只要設(shè)備通過 IEC 61000-4-2 等級 4 放電測試，就可以通過 CDE 測試的看法，之所以不是不變的真理，是因為兩個測試中所用的帶電電容有很大區(qū)別，即 IEC ESD 為 150 pF，而 CDE 的電容則要大的多，這取決于所用線纜長度以及線纜相對地面的高度。在集中式電容 (lumped capacitance) 之外，也有來自傳輸線路的分布式電容。CDE 中的放電通常會比 IEC 等級 4 中的放電釋放更多的能量到所測設(shè)備中。

電氣快速瞬態(tài)