一種網(wǎng)口防護的三級防雷模塊的制作方法
【專利摘要】一種基于網(wǎng)口防護的三級防雷模塊，其中第一級防雷系統(tǒng)位于輸入側RJ45接口側，包括位于差分數(shù)據(jù)線之間并聯(lián)的四個氣體放電管，第二級防雷系統(tǒng)位于隔離變壓器，從隔離變壓器的每個繞組的中心抽頭引出一根線來，分別串聯(lián)一個壓敏電阻到地；第三級防雷系統(tǒng)A也位于隔離變壓器，從所述隔離變壓器的每個繞組的中心抽頭所引出的線分別串聯(lián)一個電感后再串聯(lián)一個雙極性瞬態(tài)電壓抑制管到地；第三級防雷系統(tǒng)B位于隔離變壓器，分4個防護小組，每個防護小組包括一個整流橋以及和整流橋并聯(lián)的單向TVS管。本發(fā)明具有防護等級高、巧妙處理TVS管結電容，不衰減信號、合理運用各元件的響應時間和通流量，組成多級防護等優(yōu)點。
【專利說明】一種網(wǎng)口防護的三級防雷模塊
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及防雷和通信領域，特別的，涉及一種應用于10/100/1000M網(wǎng)絡口防護的三級防雷模塊。
【背景技術】
[0002]防雷板是連接主板與外部接口的一種可抑制浪涌，ESD，雷電等沖擊的裝置。隨著無線WIFI的發(fā)展，無線覆蓋和無線監(jiān)控被大量的建設。這些設備通常都放置在室外，承受風雨雷電的沖擊，這就迫切需要增強產(chǎn)品的防雷能力。特別是網(wǎng)絡設備中經(jīng)常使用以太網(wǎng)供電，以太網(wǎng)供電(PowerOver Ethernet,PoE)是一種將供電集成到標準局域網(wǎng)設備中的技術。它可通過使用同一根用于網(wǎng)絡連接的電纜，將電源供應到網(wǎng)絡設備上，例如IP電話機、網(wǎng)絡攝像機和AP，其更容易在使用中遇到防雷的問題。
[0003]如果將防雷電路置于主板上，在設計驗證上會有很大的麻煩，往往會因為防雷設計的不合理導致整個產(chǎn)品要重新設計和生產(chǎn)，浪費人力財力。如果采用防雷板與主板分離，則可以選擇合適的防雷板直到測試通過，并可以根據(jù)不同的要求選擇不同等級的防雷板。
[0004]現(xiàn)有技術中存在著多種不同的防雷技術，包括氣體放電管、壓敏電阻和瞬態(tài)抑制二極管。但這三種不同的防雷技術雖然存在著一定的優(yōu)點，但存在著一定的缺陷。具體而言:氣體放電管雖然具有很大的通流量和很小的結電容，但是其響應時間很慢；壓敏電阻防護能力次之，但響應速度比之有所提高；瞬態(tài)抑制二極管具有很快的響應時間，但是其通流量很小，其結電容很大，影響高速信號質量。所以目前很多防雷板有很好的防護能力，但是衰減了信號質量，減小了傳輸距離。
[0005]因此，如何能夠綜合這三種不同的防雷技術，既提高網(wǎng)絡防護，特別是提供POE供電時滿足網(wǎng)絡防護，避免信號衰減，又能具有較好的防雷要求，成為現(xiàn)有技術亟需解決的技術問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于一種具有超強防雷能力，包含三級防雷系統(tǒng)。旨在解決防護要求高，信號質量要求高等問題。
[0007]為達此目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
[0008]一種基于網(wǎng)口防護的三級防雷模塊，包括輸入側RJ45接口，隔離變壓器和輸出側RJ45接口，其特征在于:包括三級防雷，
[0009]第一級防雷系統(tǒng)位于輸入側RJ45接口側，包括四個氣體放電管，在輸入側RJ45具有4對差分數(shù)據(jù)線，每一對數(shù)據(jù)線之間并聯(lián)一個所述氣體放電管，所述氣體放電管的中間腳接地；
[0010]第二級防雷系統(tǒng)位于隔離變壓器，從所述隔離變壓器的每個繞組的中心抽頭引出一根線來，所引出的4根線分別串聯(lián)一個壓敏電阻到地，四個壓敏電阻構成第二級防雷系統(tǒng)；[0011]第三級防雷系統(tǒng)A也位于隔離變壓器，從所述隔離變壓器的每個繞組的中心抽頭所引出的線分別串聯(lián)一個雙極性瞬態(tài)電壓抑制管到地，四個雙極性瞬態(tài)電壓抑制管構成第三極防雷系統(tǒng)A。
[0012]優(yōu)選地，還包括第三級防雷系統(tǒng)B，所述第三級防雷系統(tǒng)B位于隔離變壓器，分4個防護小組，所述防護小組分別并聯(lián)在隔離變壓器二次側引出的4對差分數(shù)據(jù)線之間，每個防護小組包括一個整流橋以及和整流橋并聯(lián)的單向TVS管，每個所述整流橋由兩個二極管串聯(lián)，再彼此并聯(lián)的四個二極管所組成，所述差分數(shù)據(jù)線位于串聯(lián)的兩個二極管之間。
[0013]優(yōu)選地，在輸入側RJ45的8根數(shù)據(jù)線通過8個退耦電阻連接到網(wǎng)絡隔離變壓器一次側，所述退耦電阻作為第一級防雷和第二級防雷的隔離。
[0014]優(yōu)選地，對于第三級防雷A，在所述中心抽頭所引出的線先串聯(lián)一個退耦電感，再串聯(lián)所述雙極性瞬態(tài)電壓抑制管到地。
[0015]優(yōu)選地，從所述隔離電感與所述雙極性瞬態(tài)電壓抑制管之間引線用于POE供電。
[0016]優(yōu)選地，第一級防雷的所述氣體放電管擊穿電壓在200-250V之間，通流量大于2000A,鉗位電壓在20V以內(nèi)。
[0017]優(yōu)選地，第二級防雷的所述壓敏電阻的鉗位電壓在120V-140V之間，通流量大于500A。
[0018]優(yōu)選地，所述退耦電阻為2.2歐的色環(huán)電阻，功率3W以上，所述退耦電感的電感值大于220uH。
[0019]優(yōu)選地，所述第三級防雷系統(tǒng)A中的所述雙極性瞬態(tài)電壓抑制管擊穿電壓大于56V，鉗位電壓小于70V。
[0020]優(yōu)選地，第三級防雷B的所述單向TVS管響應時間在皮秒級，擊穿電壓5V左右，鉗位電壓不超過20V。
[0021]綜上，本發(fā)明綜合了三種不同的防雷系統(tǒng)的優(yōu)點，構建三級防雷系統(tǒng)，同時增加退耦電阻和退耦電感以在不同的防雷系統(tǒng)之間進行有效的隔離。本發(fā)明具有防護等級高、巧妙處理TVS管結電容，不衰減信號、合理運用各元件的響應時間和通流量，組成多級防護等優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的基于網(wǎng)絡防護的三級防雷模塊；
[0023]圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的基于網(wǎng)絡防護的三級防雷模塊；
[0024]1、輸入側RJ45接口 ；2、隔離變壓器；3、輸出側RJ45接口。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明?？梢岳斫獾氖牵颂幩枋龅木唧w實施例僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發(fā)明相關的部分而非全部結構。
[0026]參見圖1，公開了根據(jù)本發(fā)明具體實施例的基于POE供電的三級防雷模塊。，其包括輸入側RJ45接口 1，隔離變壓器2和輸出側RJ45接口 3，第一級防雷系統(tǒng)位于輸入側RJ45接口側，包括四個氣體放電管G1、G2、G3和G4，在輸入側RJ45具有4對差分數(shù)據(jù)線，每一對數(shù)據(jù)線之間并聯(lián)一個氣體放電管，所述氣體放電管的中間腳接地；
[0027]第二級防雷系統(tǒng)位于隔離變壓器，從所述隔離變壓器的每個繞組的中心抽頭引出一根線來，所引出的4根線分別串聯(lián)一個壓敏電阻到地，所述四個壓敏電阻RV1、RV2、RV3和RV4即構成第二級防雷系統(tǒng)；
[0028]第三級防雷系統(tǒng)A也位于隔離變壓器，從所述隔離變壓器的每個繞組的中心抽頭所引出的線分別串聯(lián)一個雙極性瞬態(tài)電壓抑制管到地，四個雙極性瞬態(tài)電壓抑制管TVSl?TVS4構成第三極防雷系統(tǒng)A ；
[0029]第三級防雷系統(tǒng)B位于隔離變壓器，分4個防護小組，所述4個防護小組分別并聯(lián)在隔離變壓器二次側引出的4對差分數(shù)據(jù)線之間，每個防護小組包括一個整流橋以及和整流橋并聯(lián)的單向TVS管，每個所述整流橋由兩個二極管串聯(lián)，再彼此并聯(lián)的四個二極管所組成，所述差分數(shù)據(jù)線位于串聯(lián)的兩個二極管之間。參見圖1，Dl和D3串聯(lián)，D2和D4串聯(lián)，組成整流橋后再并聯(lián)TVS5，一根差分數(shù)據(jù)線位于Dl和D3之間，另外一根差分數(shù)據(jù)線位于D2和D4之間；類似的D5?D8組成一個整流橋，再并聯(lián)TVS6 ；D9?D12組成一個整流橋，再并聯(lián)TVS7 ；D13?D16組成一個整流橋，再并聯(lián)TVS8 ;上述二極管Dl?D16和TVS5?TVS8就組成第三級防雷系統(tǒng)B。
[0030]本發(fā)明的三級防雷系統(tǒng)，依照各種防雷元件響應時間的快慢和泄放浪涌能力的不同等特性合理組成，防雷等級高，防雷可靠性好。
[0031]第一級防雷是氣體放電管Gl?G4，該級防雷既防差模也防共模。當差模浪涌襲來時，氣體放電管Gl?G4兩端有浪涌電壓，當其浪涌電壓超過了氣體放電管的擊穿值時，氣體放電管會被擊穿，浪涌電壓就會被鉗位在很低的電壓門限上。當共模浪涌襲來時，氣體放電管Gl?G4的一端和中間腳有浪涌電壓，當其浪涌電壓超過了氣體放電管的擊穿值時，氣體放電管被擊穿，浪涌電壓被鉗位在很低的電壓門限上，從而保護后級電路。
[0032]第二級防雷是壓敏電阻RVl?RV4，該級防雷只能防護共模浪涌。當共模浪涌來臨時，并其電壓超過了壓敏電阻的壓敏電壓值，壓敏電阻開始鉗位，隨著浪涌電壓的升高，壓敏電阻上電壓也會升高，但升高到壓敏電阻的鉗位電壓值后，即使浪涌電壓再升高，壓敏電阻上電壓也不會再升高，從而保護后級電路。
[0033]優(yōu)選地，在輸入側RJ45的8根數(shù)據(jù)線通過8個退耦電阻連接到網(wǎng)絡隔離變壓器一次側后，作為第一級防雷和第二級防雷的隔離。當壓敏電阻RVl?RV4鉗位后，如果沒有Rl?R8，那么第一級防雷Gl?G4上的共模電壓就只能達到壓敏電阻RVl?RV4的鉗位電壓值，而氣體放電管的擊穿電壓比壓敏電阻鉗位電壓高，導致氣體放電管Gl?G4無法被擊穿，起不到保護的作用。
[0034]第三級防雷系統(tǒng)A是雙向TVS管TVSl?TVS4，該級防雷只能防護共模浪涌。當共模浪涌來臨時，并其電壓超過了所述雙向TVS管的擊穿電壓，雙向TVS管會將浪涌鉗位，隨著浪涌電壓的升高，雙向TVS上電壓也不會再升高，從而保護后級電路。
[0035]進一步優(yōu)選的，在所述壓敏電阻RVl?RV4和所述雙向TVS管TVSl?TVS4之間具有退耦電感。所述退耦電感具有兩個作用，一是可以起到電流抑制作用，二是作為第二級防雷和第3級防雷A的隔離。當浪涌尖峰加在退耦電感上時，由于電感的特性，會產(chǎn)生反向電動勢抑制電流增大，同時在電感兩端存在壓降。TVSl?TVS4被擊穿后，如果沒有LI?L4，壓敏電阻上電壓也會被鉗位與雙向TVS管同一水平，導致壓敏電阻無法被擊穿，起不到保護作用。
[0036]進一步優(yōu)選地，所述第三級防雷系統(tǒng)A除了保護PHY外，還要保護后級電源。因為一般會從隔離變壓器中心抽頭引出線作為POE電源給后級主板提供48V直流電源。即參見圖2，本發(fā)明所公開的網(wǎng)絡設備還適用于POE供電，也就是說本發(fā)明所公開的防雷模塊可以進一步的對具有POE供電的網(wǎng)絡設備進行防護。在本實施例中，從所述隔離電感與所述雙極性瞬態(tài)電壓抑制管之間引線用于POE供電。具體而言，從電感LI?L4后面分別引出四根線用于POE供電，其中，POE供電_1，2和POE供電_3，6是一組供電；Ρ0Ε供電_4，5和POE供電_7，8是另一組供電。
[0037]第三級防雷系統(tǒng)B包括二極管Dl?D16和單向TVS管TVS5?TVS8，該級防護只能防護差模浪涌。當差摸浪涌來臨時，每對差分數(shù)據(jù)線間都有浪涌電壓，此時TVS管會將電壓鉗位，保護后級電路。但是TVS管結電容很大，放在數(shù)據(jù)線間會影響信號質量。針對如此，本發(fā)明使用4個二極管組成一個整流橋與TVS并聯(lián)，再將整流橋并聯(lián)到數(shù)據(jù)線之間。這樣數(shù)據(jù)信號通過整流橋給TVS的結電容充電，充滿后，結電容沒有放電路徑。這樣，當數(shù)據(jù)信號為低時，結電容不能通過信號線放電；當數(shù)據(jù)信號為高時，結電容早已充滿，數(shù)據(jù)信號也不會給結電容充電。如此，TVS的電容效應就會變得很小很小，幾乎不影響信號質量。
[0038]優(yōu)選地，第一級防雷的所述氣體放電管擊穿電壓在200?250V之間，通流量大于2000A,鉗位電壓在20V以內(nèi)。
[0039]優(yōu)選地，第二級防雷的所述壓敏電阻RVl?RV4的鉗位電壓在120V?140V之間，通流量大于500A。
[0040]優(yōu)選地，所述退耦電阻為2.2歐的色環(huán)電阻，功率3W以上。
[0041]優(yōu)選地，所述第三級防雷系統(tǒng)A除了保護PHY外，還要保護后級電源。因為一般會從隔離變壓器中心抽頭引出線作為POE電源給后級主板提供48V直流電源。所以所述雙向TVS管，即所述雙極性瞬態(tài)電壓抑制管TVSl?TVS4優(yōu)選為擊穿電壓大于56V，鉗位電壓小于70V的雙向TVS管。
[0042]優(yōu)選地，所述退耦電感要選大感值電感，優(yōu)選為電感值大于220uH。
[0043]優(yōu)選地，第三級防雷B是為了保護后級的PHY芯片，因此，所述單向TVS管優(yōu)選響應時間在皮秒級，擊穿電壓5V左右，鉗位電壓不超過20V的單向TVS管。
[0044]對于POE防雷，氣體放電管的通流能力雖然最大，結電容雖然最小，但是其響應時間很慢，通常為微秒級。TVS管的響應時間雖然最快，通常為皮秒級，但是其通流能力最小，結電容最大。壓敏電阻的各項指標都處于兩者之間。一個好的防雷系統(tǒng)必須同時具備響應快，通流能力大，不能影響信號質量等特點。對此，本發(fā)明采用三級防雷，第一級為氣體放電管，第二級為壓敏電阻，第三級為TVS管，同時滿足響應快，通流能力大，不能影響信號質量這些要求。
[0045]如果只有一級防雷系統(tǒng)，即僅有氣體放電管Gl?G4，也可以起到差模共模的防護。但是，氣體放電管響應時間很慢，雷擊波形通常在幾微秒內(nèi)就能上升到幾千伏的高壓，在氣體放電管響應之前，沒有其他防護來保護后級電路，這樣很可能損壞后級電路。
[0046]如果只有第三極防雷系統(tǒng)，雖然響應很快，但是一旦浪涌能量很大，TVS管將無法承受，可能會被打壞，從而也無法保護后級電路。
[0047]在本發(fā)明中，既有氣體放電管的大通流量，又有TVS的快速響應，中間還有壓敏電阻的過度。
[0048]如果差模浪涌電壓加在本發(fā)明中，首先響應的是第三級防雷系統(tǒng)B中的TVS5?TVS8，TVS5?TVS8迅速將電壓鉗位。隨著浪涌電壓的繼續(xù)升高，一旦達到第一級防雷系統(tǒng)中Gl?G4的擊穿電壓，氣體放電管Gl?G4就會被擊穿。一旦氣體放電管被擊穿，浪涌電壓就會被鉗位在很低的電壓上，此時所有的浪涌能量都經(jīng)過氣體放電管泄放。
[0049]如果共模浪涌電壓加在本發(fā)明中，首先響應的是第三級防雷系統(tǒng)A中的TVSl?TVS4，TVS1?TVS4會迅速將電壓鉗位。大電感LI?L4此時起到限流作用，防止瞬間電流太大損壞TVS管。雖然此時TVSl?TVS4已鉗位，由于LI?L4的存在，如果浪涌電壓繼續(xù)加大，第二級防雷系統(tǒng)的RVl?RV4上的電壓會繼續(xù)增大，一旦達到擊穿值，RVl?RV4再次將浪涌電壓鉗位。如果浪涌電壓還繼續(xù)增大，由于退耦電阻Rl?R8的存在，氣體放電管的中間腳和一端上的電壓將繼續(xù)增大，一旦達到擊穿值，氣體放電管Gl?G4第三次將電壓鉗位，并且此次鉗位會在很低電壓門限上，所有的浪涌能量將經(jīng)過Gl?G4泄放。從而保護后級電路。
[0050]綜上所述，本發(fā)明具有防護等級高、巧妙處理TVS管結電容，不衰減信號、合理運用各元件的響應時間和通流量，組成多級防護等優(yōu)點。
[0051]以上內(nèi)容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的【具體實施方式】僅限于此，對于本發(fā)明所屬【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明由所提交的權利要求書確定保護范圍。
【權利要求】
1.一種基于網(wǎng)口防護的三級防雷模塊，包括輸入側RJ45接口，隔離變壓器和輸出側RJ45接口，其特征在于:包括三級防雷， 第一級防雷系統(tǒng)位于輸入側RJ45接口側，包括四個氣體放電管，在輸入側RJ45具有4對差分數(shù)據(jù)線,每一對數(shù)據(jù)線之間并聯(lián)一個所述氣體放電管,所述氣體放電管的中間腳接地； 第二級防雷系統(tǒng)位于隔離變壓器，從所述隔離變壓器的每個繞組的中心抽頭引出一根線來，所引出的4根線分別串聯(lián)一個壓敏電阻到地，四個壓敏電阻構成第二級防雷系統(tǒng)； 第三級防雷系統(tǒng)A也位于隔離變壓器，從所述隔離變壓器的每個繞組的中心抽頭所引出的線分別串聯(lián)一個雙極性瞬態(tài)電壓抑制管到地，四個雙極性瞬態(tài)電壓抑制管構成第三極防雷系統(tǒng)A。
2.根據(jù)權利要求1所述的三級防雷模塊，其特征在于: 還包括第三級防雷系統(tǒng)B，所述第三級防雷系統(tǒng)B位于隔離變壓器，分4個防護小組，所述防護小組分別并聯(lián)在隔離變壓器二次側引出的4對差分數(shù)據(jù)線之間，每個防護小組包括一個整流橋以及和整流橋并聯(lián)的單向TVS管，每個所述整流橋由兩個二極管串聯(lián)，再彼此并聯(lián)的四個二極管所組成，所述差分數(shù)據(jù)線位于串聯(lián)的兩個二極管之間。
3.根據(jù)權利要求2所述的三級防雷模塊，其特征在于: 在輸入側RJ45的8根數(shù)據(jù)線通過8個退耦電阻連接到網(wǎng)絡隔離變壓器一次側，所述退耦電阻作為第一級防雷和第二級防雷的隔離。
4.根據(jù)權利要求3所述的三級防雷模塊，其特征在于: 對于第三級防雷A，在所述中心抽頭所引出的線先串聯(lián)一個退耦電感，再串聯(lián)所述雙極性瞬態(tài)電壓抑制管到地。
5.根據(jù)權利要求4所述的三級防雷模塊，其特征在于: 從所述隔離電感與所述雙極性瞬態(tài)電壓抑制管之間引線用于POE供電。
6.根據(jù)權利要求4或5所述的三級防雷模塊，其特征在于: 第一級防雷的所述氣體放電管擊穿電壓在200?250V之間，通流量大于2000A，鉗位電壓在20V以內(nèi)。
7.根據(jù)權利要求4或5所述的三級防雷模塊，其特征在于: 第二級防雷的所述壓敏電阻的鉗位電壓在120V?140V之間，通流量大于500A。
8.根據(jù)權利要求4或5所述的三級防雷模塊，其特征在于: 所述退耦電阻為2.2歐的色環(huán)電阻，功率3W以上，所述退耦電感的電感值大于220uH。
9.根據(jù)權利要求4或5所述的三級防雷模塊，其特征在于: 所述第三級防雷系統(tǒng)A中的所述雙極性瞬態(tài)電壓抑制管擊穿電壓大于56V，鉗位電壓小于70V。
10.根據(jù)權利要求4或5所述的三級防雷模塊，其特征在于: 第三級防雷B的所述單向TVS管響應時間在皮秒級，擊穿電壓5V左右，鉗位電壓不超過 20V。
【文檔編號】H02H9/04GK103872673SQ201410128157
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月28日 優(yōu)先權日:2014年3月28日
【發(fā)明者】彭偉杰, 楊凱敏, 楊盼盼 申請人:杭州敦崇科技股份有限公司