乙太網埠防雷保護器與防雷電路的製作方法

2023-05-27 23:00:41

專利名稱：乙太網埠防雷保護器與防雷電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及乙太網埠電路。
背景技術：
隨著乙太網技術的迅速發展和寬帶網絡的大力興建，乙太網交換機/路由器作為 重要的接入設備。而乙太網交換機/路由器應用環境的擴大和惡化，特別是在樓道等環境 中的使用，其遭受到雷擊浪湧等過電壓衝擊的可能性大大增加。當雷電發生時，會產生巨大 的感應能量，對各種網絡設備造成威脅，包括個人電腦/筆記本電腦、乙太網交換機/路由 器等使用雙絞線互聯的乙太網設備。 乙太網埠的基本結構主要有乙太網晶片、隔離變壓器、RJ45埠等器件構成。 隔離變壓器的一次側和二次側兩個線圈沒有直接的電氣連接，隔離變壓器的二次側輸出端 不接地，所以輸出電壓對地電壓為O，在電路中只有磁的聯繫，沒有電的直接聯繫，可減少諧 波，起到隔離作用。在乙太網埠設置一級隔離變壓器主要用於信號電平耦合；其一，可以 增強信號，使其傳輸距離更遠；其二，使晶片端與外部隔離，抗幹擾能力增強；其三，當接到 不同電平(如有的乙太網晶片是2. 5V，有的乙太網晶片是3. 3V)的網口時，不會對彼此設備 造成影響。 目前，隔離變壓器在乙太網埠中的設置方式有兩種。由於市場上存在不帶變壓 器和帶變壓器封裝兼容(體積、引腳定義相同)的RJ45埠。第一種方式是將隔離變壓器 獨立設置在乙太網晶片、不帶變壓器的RJ45埠之間(下文中所述RJ45埠特指不帶變 壓器的RJ45埠，區別於RJ45帶變壓器埠 )，這種獨立設置的隔離變壓器又叫做乙太網 變壓器，如圖l所示。第二種方式是將隔離變壓器封裝在RJ45埠內部，即使用RJ45帶變 壓器埠 ，則不再使用乙太網變壓器，如圖2所示。 乙太網埠中乙太網晶片為核心器件，需要進行防雷保護。目前，常用的乙太網端 口電路一般不進行專門的防雷設計，而主要靠乙太網埠中的隔離變壓器來阻擋雷擊浪湧 能量以保護設備。這樣的設計成本較低，但是防雷能力較弱。 乙太網埠的防雷設計有兩個思路， 一方面為"疏"，另外一方面為"堵"。所謂 "疏"，即為浪湧等大能量提供一條暢通的路徑，使其迅速洩放至大地，從而避免這種能量損 傷核心器件；而所謂"堵"，即以某種方式阻止大能量進入埠內部，上文中提到的乙太網變 壓器的保護方式就可以看作此模式。 目前，乙太網埠的加強防雷設計均採用"疏"的設計思路，有兩種形式外置和內 置。外置防雷保護的形式如圖3所示，在設備乙太網埠之外，加一個獨立的防雷保護器， 防雷保護器一端與乙太網埠之間通過雙絞線連接，防雷保護器另一端通過雙絞線連接至 可能遭雷擊的地方。此防雷保護器必須接地才能發揮其作用，即為"疏"提供洩放通道。但 是，在實際使用中，要額外布置一條地線是不便的，特別是有多個埠需要保護的時候，會 使得布線更為繁雜。內置防雷保護是將保護器件設計在設備的PCB印製板上，保護器件包 含壓敏電阻、TVS管、空氣放電管等。而這些保護器件的體積均較大，需要佔用較大的PCB印製板空間，特別是埠數量較多的時候，為此付出的設計成本較高。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是，提供一種提高現有乙太網埠防雷擊浪湧能力的
外置式乙太網埠防雷電路、防雷保護器以及一種內置式乙太網埠防雷電路。 本發明為解決上述技術問題所採用的技術方案是，外置式乙太網埠防雷電路，
包括乙太網埠、防雷保護器，乙太網埠包括乙太網晶片、第一級隔離變壓器、第一RJ45
埠，乙太網晶片與第一級隔離變壓器一端相連，第一級隔離變壓器另一端與第一RJ45端
口相連；防雷保護器一端通過雙絞線與第一 RJ45埠相連，另一端通過雙絞線連接至外環
境，防雷保護器包括受保護側RJ45埠、第二級隔離變壓器、外線側RJ45埠，受保護側
RJ45埠與第二級隔離變壓器一端相連，第二級隔離變壓器的另一端與外線側RJ45埠
的一端相連，外線側RJ45埠的另一端連接至外環境。 乙太網埠防雷保護器，包括受保護側RJ45埠、第二級隔離變壓器、外線側 RJ45埠，受保護側RJ45埠與第二級隔離變壓器的一端相連，第二級隔離變壓器的另一 端與外線側RJ45埠的一端，外線側RJ45埠的另一端連接至外環境。
進一步的，乙太網埠防雷保護器還包括共模電感，共模電感連接在第二級隔離 變壓器與外線側RJ45埠之間。 內置式乙太網埠防雷電路，包括乙太網埠，乙太網埠連接至外環境，乙太網 埠包括乙太網晶片、第一級隔離變壓器、RJ45帶變壓器埠，乙太網晶片與第一級隔離變 壓器一端相連，第一級隔離變壓器另一端與RJ45帶變壓器埠的一端相連，RJ45帶變壓器 埠的另一端連接至外環境，RJ45帶變壓器埠內置有第二級隔離變壓器。
本發明的有益效果是，在現有的第一級隔離變壓器的基礎上再增加一級隔離變壓 器，形成雙重隔離保護，試驗證明現有僅使用第一級隔離變壓器的乙太網埠的防雷等級 為1.0kV，而增加了一級隔離變壓器後，防雷等級能提高到4.0kV以上。本發明外置式以太 網埠防雷電路在不對原來網絡設備做任何改動的情況下，增加一個乙太網埠防雷保護 器，使得網絡設備的防雷能力顯著提高，不必布置一條額外的接地線，方便部署。內置式以 太網埠防雷電路，採用兼容設計，在需要加強防雷保護時，能夠在不增加印製電路板面積 的同時，使用RJ45帶變壓器埠使得防雷能力成倍提高，若不需加強防雷保護，則使用一 般的RJ45埠即可，同一印製電路板可派生兩種產品形態，充分節約設計成本。


圖1為現有的RJ45埠的乙太網埠電路示意圖； 圖2為現有的RJ45帶變壓器埠的乙太網埠電路示意圖； 圖3為現有的外置式乙太網防雷保護器的使用示意圖； 圖4為本發明外置式乙太網埠防雷電路以及防雷保護器示意圖； 圖5為本發明內置式乙太網埠防雷電路示意圖。
具體實施例方式
外置式乙太網埠防雷電路，如圖4所示，在不對原來網絡設備做任何改動的情
4況下，只需在乙太網埠外側串接一直體積小巧的防雷保護器(體積約4X2X1. 5cm)，防 雷保護器一端與乙太網埠相連，另一端連接至外環境(可能遭受雷擊的地方)，即可達到 防雷保護的目的。防雷保護器兩端均為RJ45座子的形式，靠近乙太網埠的一端為受保護 側RJ45埠 ，靠近外側的為外線側RJ45埠 ，在原來使用的網線基礎上添加一段網線即可 連接使用。防雷保護器的關鍵器件為1:1的隔離變壓器，該隔離變壓器為在乙太網埠內 部的第一級隔離變壓器基礎上增加的第二級隔離變壓器。第二級隔離變壓器一端與受保護 端RJ45埠相連，另一端通過共模電感與外線側RJ45埠相連。數據信號能正常通過，而 浪湧等大能量卻被隔離在外。共模電感還能抑制來自網線上的電快速瞬變脈衝群及傳導 形式的電磁騷擾。第二級隔離變壓器和乙太網埠設備上本身的乙太網變壓器(第一級隔 離變壓器)形成雙重隔離保護，試驗證明未使用該防雷裝置的乙太網埠的防雷等級為 1. OkV，而在使用了雙重隔離變壓器之後，防雷等級能夠提高到4. 0kV以上。
內置式乙太網埠防雷電路，如圖5所示，乙太網埠包括乙太網晶片、第一級隔 離變壓器、RJ45帶變壓器埠，乙太網晶片與第一級隔離變壓器一端相連，第一級隔離變壓 器另一端與RJ45帶變壓器埠的一端相連，RJ45帶變壓器埠的另一端連接至外環境(可 能遭受雷擊的地方)，即不用外置串接的方式，而是在產品設計之初就將其考慮在印製電路 板(PCB)上。在乙太網埠內部第一級採用獨立的隔離變壓器，而第二級集成在RJ45座內 部，即採用RJ45帶變壓器埠，這樣就可以不用增加PCB的面積。原理同上文提到的外置 式乙太網防雷電路一樣，這裡不再贅述。設計為該電路的PCB可以根據實際需要，在需要加 強防雷保護的時候，使用RJ45帶變壓器埠 ，可以使得防雷能力成倍提高；若不需要加強 防雷保護的埠 ，使用一般的RJ45埠即可。
權利要求
外置式乙太網埠防雷電路，包括乙太網埠、防雷保護器，所述乙太網埠包括乙太網晶片、第一級隔離變壓器、第一RJ45埠，所述乙太網晶片與第一級隔離變壓器一端相連，第一級隔離變壓器另一端與第一RJ45埠相連；所述防雷保護器一端與第一RJ45埠相連，另一端連接至外環境，其特徵在於，所述防雷保護器包括受保護側RJ45埠、第二級隔離變壓器、外線側RJ45埠，所述受保護側RJ45埠與第二級隔離變壓器一端相連，第二級隔離變壓器的另一端與外線側RJ45埠的一端相連，外線側RJ45埠的另一端連接至外環境。
2. 如權利要求1所述外置式乙太網埠防雷電路，其特徵在於，所述防雷保護器還包 括共模電感，所述共模電感連接在第二級隔離變壓器與外線側RJ45埠之間。
3. 乙太網埠防雷保護器，其特徵在於，包括受保護側RJ45埠 、第二級隔離變壓器、 外線側RJ45埠 ，所述受保護側RJ45埠與第二級隔離變壓器的一端相連，第二級隔離變 壓器的另一端與外線側RJ45埠的一端，外線側RJ45埠的另一端連接至外環境。
4. 如權利要求3所述乙太網埠防雷保護器，其特徵在於，還包括共模電感，所述共模 電感連接在第二級隔離變壓器與外線側RJ45埠之間。
5. 內置式乙太網埠防雷電路，包括乙太網埠，所述乙太網埠連接至外環境，其特 徵在於，所述乙太網埠包括乙太網晶片、第一級隔離變壓器、RJ45帶變壓器埠，所述以 太網晶片與第一級隔離變壓器一端相連，第一級隔離變壓器另一端與RJ45帶變壓器埠 的一端相連，RJ45帶變壓器埠的另一端連接至外環境，所述RJ45帶變壓器埠內置有第 二級隔離變壓器。
全文摘要
本發明涉及乙太網埠電路，提供一種提高現有乙太網埠防雷擊浪湧能力的外置式乙太網埠防雷電路、防雷保護器以及一種內置式乙太網埠防雷電路。在現有的第一級隔離變壓器的基礎上再增加一級隔離變壓器，形成雙重隔離保護，外置式乙太網埠防雷電路在不對原來網絡設備做任何改動的情況下，增加一個乙太網埠防雷保護器，使得網絡設備的防雷能力顯著提高，不必布置一條額外的接地線，方便部署。內置式乙太網埠防雷電路，採用兼容設計，在需要加強防雷保護時，能夠在不增加印製電路板面積的同時，使用RJ45帶變壓器埠使得防雷能力成倍提高。
文檔編號H02H9/04GK101719665SQ200910312209
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月24日 優先權日2009年12月24日
發明者鍾昌盛 申請人:邁普通信技術股份有限公司