兼容PoE供电的以太网防雷电路和网络设备的制作方法

兼容poe供电的以太网防雷电路和网络设备
技术领域
1.本技术属于用电防雷领域，尤其涉及一种兼容poe供电的以太网防雷电路和网络设备。


背景技术：

2.独立的以太网防雷器常被运用于保护以太网端口免受雷击损坏。目前常用的以太网防雷器对支持有源以太网(power over ethernet，poe)供电的以太网产品兼容性不强，常用的以太网防雷器使用两级防雷电路设计，第一级防雷电路使用防雷等级较高、但启动电压较高且启动时间较慢的气体放电管(gas discharge tube，gdt)，第2级防雷电路使用响应速度较快、启动电压较低但防雷等级较小的瞬态二极管(transient voltage suppressor，tvs)。为了让2级防雷电路在雷击时均能正常启动，两级防雷电路之间需要使用合适的去耦电路，用于让两级防雷电路均能达到其各自的启动电压。去耦电路可以使用电阻或电感，但对于以太网防雷器，因为电感对以太网端口正常工作时传输的介质相关接口(medium dependent interface，mdi)信号衰减过大，只能使用电阻来进行去耦。且该电阻的阻值不能太小，一般在10欧姆以上。
3.因为去耦电阻的阻值通常大于10欧姆，在流过poe电流时电阻上消耗的功率并不小。以802.3at标准为例，当供电功率为30w时，供电电流约为560ma(30w/53.5v)，每个电阻流过的电流为280ma，当去耦电阻为10欧姆时，单个电阻上的功耗将高达0.784w。poe供电的正、负电源共使用4路mdi线(1236或4578)，则防雷器上消耗的总功耗将高达3.14w。且防雷器上消耗的功率会随着去耦电阻的阻值增加和poe供电功率的上升而进一步增加。
4.防雷器上的功功耗带来以下2个缺陷：
5.1.电阻上的功耗会造成电阻的温度上升甚至超过电阻的额定功率，造成电阻损坏；
6.2.poe路径上额外的功耗可能造成受电设备(power device，pd)端能获得的功耗下降，造成poe的兼容性下降，甚至可能造成pd因无法获得所需要的功率还不能正常工作。


技术实现要素：

7.本技术的主要目的为提供一种兼容poe供电的以太网防雷电路和网络设备，旨在解决传统的以太网防雷电路功耗过高的问题。
8.本技术实施例的第一方面提供了一种兼容poe供电的以太网防雷电路，包括：
9.输入接口，用于接入mdi信号和poe电流；
10.输出接口，用于提供去除干扰的mdi信号和poe电流给受电设备；
11.第一级防雷电路，连接到所述输入接口；
12.第二级防雷电路，连接到所述输出接口；
13.还包括：
14.第一处理电路，连接在所述第一级防雷电路和所述第二级防雷电路之间，用于将
从所述输入接口接收的所述mdi信号和所述poe电流分离，并将分离得到的所述mdi信号采用电阻去耦；
15.第二处理电路，与所述第一处理电路耦接，用于将被分离出来的所述poe电流采用电感去耦后传输至所述第一处理电路，所述第一处理电路还用于将去耦后的mdi信号和poe电流汇合后传输至所述输出接口。
16.在其中一个实施例中，所述第一处理电路包括第一信号变压器、第一去耦电阻、第二去耦电阻和第二信号变压器；
17.所述第一信号变压器的初级绕组的两端连接到所述输入接口，所述第一信号变压器的初级绕组的中心抽头连接到所述第二处理电路，所述第一信号变压器的次级绕组的两端分别通过所述第一去耦电阻、所述第二去耦电阻连接到所述第二信号变压器的初级绕组的两端，所述第二信号变压器的次级绕组的中心抽头连接所述第二处理电路。
18.在其中一个实施例中，所述第一信号变压器用于分离所述mdi信号和所述poe电流，将分离后的所述mdi信号耦合到所述第一信号变压器的次级绕组，将分离后的所述poe电流从初级绕组的中心抽头输出到所述第二处理电路。
19.在其中一个实施例中，所述第二信号变压器的次级绕组用于从初级绕组耦合得到去耦后的mdi信号并与从中心抽头接收到的去耦后的poe电流的汇合后输出。
20.在其中一个实施例中，所述第二处理电路包括去耦电感，所述去耦电感串联在所述第一信号变压器的初级绕组的中心抽头和所述第二信号变压器的次级绕组的中心抽头之间。
21.在其中一个实施例中，所述第二处理电路还包括压敏电阻，所述压敏电阻串联在所述第一信号变压器的初级绕组的中心抽头和地端之间。
22.在其中一个实施例中，所述第二处理电路还包括所述第一瞬态二极管，所述第一瞬态二极管串联在第二信号变压器的次级绕组的中心抽头和地端之间。
23.在其中一个实施例中，所述第一级防雷电路包括气体放电管，所述气体放电管的两端分别连接到所述输入接口的正极、负极。
24.在其中一个实施例中，所述第二级防雷电路包括第二瞬态二极管，所述第二瞬态二极管的两端分别连接到所述输出接口的正极、负极。
25.本技术的第二方面提供了一种兼容poe供电的网络设备，包括如上所述的以太网防雷电路。
26.本技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
27.使用处理电路将以太网的mdi信号和poe电流分离，并使用两个处理电路分别对mdi信号使用衰减较小的电阻进行去耦，对poe电流使用直流损耗较小的电感进行去耦，让poe电流不会流过防雷电路间的去耦电阻，从而显著减小防雷器上的功率损耗，使防雷器用于poe端口时兼容性明显增强。
附图说明
28.图1为本技术实施例提供的兼容poe供电的以太网防雷电路的原理图。
具体实施方式
29.为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
30.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
31.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
32.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
33.如图1所示，本技术实施例提供了一种兼容poe供电的以太网防雷电路，包括输入接口in ,in-，输出接口out ,out-，第一级防雷电路100、第二级防雷电路200、第一处理电路300以及第二处理电路400。
34.一般地，输入接口in ,in-为网络接口，用于接入以太网的mdi信号和poe(供电)电流。
35.一般地，输出接口out ,out-为网络接口，用于提供去除干扰的mdi信号和poe电流给受电设备(pd)；
36.第一级防雷电路100连接到输入接口in ,in-，一般地，第一级防雷电路100使用防雷等级较高、但启动电压较高且启动时间较慢的气体放电管(gdt)。气体放电管(gdt)的两端分别连接到输入接口的正极in 、负极in-。
37.第二级防雷电路200连接到输出接口out ,out-，一般地，第二级防雷电路200使用响应速度较快、启动电压较低但防雷等级较小的瞬态二极管tvs1。瞬态二极管tvs1的两端分别连接到输出接口的正极out 、负极out-。可以理解的是，瞬态二极管tvs1为双向瞬态抑制二极管，用于抑制/泄放传输线上的差模雷击浪涌信号。
38.在其他实施例中，可以在第一级防雷电路100和/或第二级防雷电路200中加入压敏电阻等防雷器件。
39.在实际应用过程中，为了让两级防雷电路在雷击时均能正常启动，两级防雷电路之间需要使用合适的处理电路，用于让两级防雷电路均能达到其各自的启动电压。其中：
40.第一处理电路300连接在第一级防雷电路100和第二级防雷电路200之间，用于将从输入接口in ,in-接收的mdi信号和poe电流分离，并将分离得到的mdi信号采用电阻去耦。针对mdi信号，使用电阻去耦，确保防雷器对mdi的衰减足够小。
41.第二处理电路400与第一处理电路300耦接，接收被分离出来的poe电流，并用于将被分离出来的poe电流采用电感去耦后传输至第一处理电路300，第一处理电路300还用于将去耦后的mdi信号和poe电流汇合后传输至输出接口out ,out-。对于poe电流，使用电感
去耦，电感直流阻抗小，不会造成功率损耗，确保防雷器对poe设备的兼容性。
42.在其中一个实施例中，第一处理电路300包括第一信号变压器t1、第一去耦电阻r1、第二去耦电阻r2和第二信号变压器t2；
43.第一信号变压器t1的初级绕组的两端连接到输入接口in ,in-，第一信号变压器t1的初级绕组的中心抽头连接到第二处理电路400，第一信号变压器t1的次级绕组的两端分别通过第一去耦电阻r1、第二去耦电阻r2连接到第二信号变压器t2的初级绕组的两端，第二信号变压器t2的次级绕组的中心抽头连接第二处理电路400。
44.其中，第一信号变压器t1用于分离mdi信号和poe电流，将分离后的mdi信号耦合到第一信号变压器t1的次级绕组，将分离后的poe电流从初级绕组的中心抽头输出到第二处理电路400。poe电流传到第一信号变压器t1后，不会传到第一信号变压器t1的后级，即不会耦合到次级绕组，会从第一信号变压器t1的中心抽头传出，流过第二处理电路400。第一去耦电阻r1、第二去耦电阻r2用于对mdi信号去耦，确保防雷器对mdi的衰减足够小。
45.在其中一个实施例中，第二信号变压器t2的次级绕组用于从本身的初级绕组耦合得到去耦后的mdi信号，并与从中心抽头接收到的去耦后的poe电流的汇合后输出。
46.在其中一个实施例中，第二处理电路400包括去耦电感l，去耦电感l串联在第一信号变压器t1的初级绕组的中心抽头和第二信号变压器t2的次级绕组的中心抽头之间。使用电感去耦，电感直流阻抗小，不会造成功率损耗，确保防雷器对poe设备的兼容性。
47.本技术的以太网防雷电路的功率损耗小，功耗主要是由变压器的铜阻与去耦电感l的铜阻引入的，其损耗非常小，与现有防雷器中电阻上的功耗相比可以忽略。
48.本技术的以太网防雷电路支持的poe供电功率大，本技术的以太网防雷电路支持的最大poe功率将不再受去耦电阻上的功耗限制，而是由信号变压器支持的最大poe功率限制；除以太网防雷电路外，poe设备本身也需要使用到信号变压器，理论上以太网防雷电路的性能不会成为poe系统供电功耗的瓶颈(因为不使用防雷器时，poe系统也需要使用变压器)。
49.在其中一个实施例中，第二处理电路400还包括压敏电阻mov，压敏电阻mov串联在第一信号变压器t1的初级绕组的中心抽头和地端之间。用于对流入第二处理电路400的poe电流进行过压防护，比如遭受雷击，对浪涌进行释放，以保护后续器件。
50.在其中一个实施例中，第二处理电路400还包括瞬态二极管tvs2，瞬态二极管tvs2串联在第二信号变压器t2的次级绕组的中心抽头和地端之间。瞬态二极管tvs2响应速度较快、启动电压较低但防雷等级较小。可以理解的是，瞬态二极管tvs2为双向瞬态抑制二极管，用于抑制/泄放传输线上的共模雷击浪涌信号。
51.本技术的以太网防雷电路整体原理如下：
52.1.使用于poe设备时，从输入接口in ,in-接入以太网防雷电路的信号，包括mdi信号与poe电流。
53.2.mdi信号是差分信号，到达第一信号变压器t1时，mdi信号直接耦合到第一信号变压器t1的次级。
54.3.mdi信号传过去耦电阻r1,r2后，传到第二信号变压器t2，并能传到第二信号变压器t2的次级由输出接口out ,out-传出给受电设备。
55.4.poe电流传到第一信号变压器t1后，不会传到第一信号变压器t1的次级，会从第
一信号变压器t1的中心抽头传出，流过第二处理电路400。
56.5.poe电流传过第二处理电路400后，从第二信号变压器t2的中心抽头也重新传输到输出接口out ,out-。
57.6.通过使用2个信号变压器后，mdi信号和poe电流在以太网防雷电路的输入侧被分离，在输出侧又重新汇合。
58.7.在mdi信号与poe电流分离的电路中，可以分别对mdi信号和poe电流进行两级防雷电路间的去耦设计。
59.8.针对mdi信号，使用电阻(r1，r2)去耦，确保以太网防雷电路对mdi的衰减足够小；
60.9.对于poe信号，使用电感(l)去耦；电感直流阻抗小，不会造成功率损耗，确保以太网防雷电路对poe设备的兼容性。
61.本技术的第二方面提供了一种兼容poe供电的网络设备，包括如上的以太网防雷电路。
62.本技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
63.使用处理电路将以太网的mdi信号和poe电流分离，并使用两个处理电路分别对mdi信号使用衰减较小的电阻进行去耦，对poe电流使用直流损耗较小的电感进行去耦，让poe电流不会流过防雷电路间的去耦电阻，从而显著减小防雷器上的功率损耗，使防雷器用于poe端口时兼容性明显增强。
64.以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。