(10)授权公告号
(45)授权公告日 (21)申请号 201520815953.3
(22)申请日 2015.10.20
H02H 9/04(2006.01)
H02H 9/06(2006.01)
(73)专利权人武汉微创光电股份有限公司
地址430074 湖北省武汉市光谷一路关南工
业园7号楼
(72)发明人邓文辉 吴天鹏 严诚
(74)专利代理机构北京中北知识产权代理有限
公司 11253
代理人
段秋玲
(57)摘要
本实用新型公开了一种千兆以太网口防雷电
路，包括第一级电路、第二级电路与第三级电路，
络连接头，所述网络隔离变压器的初级线圈的所
有中心抽头短接在一起，在所述中心抽头和机壳
地之间连接气体放电管。所述第二级电路包括跨
接在所述隔离变压器的次级线圈的TVS 阵列芯
片。所述第三级电路包括串接在TVS 阵列芯片和
网络芯片之间的退耦电阻。所述隔离变压器与网
络连接头之间的变压器线圈为初级线圈，所述隔
离变压器与网络芯片之间的变压器线圈为次级线
圈。本实用新型使用器件少，体积小，成本低廉，特
别适用于需要集成多个网口的工业以太网交换机
设备。(51)Int.Cl.
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利权利要求书1页 说明书3页 附图3页CN 205123242 U 2016.03.30
C N 205123242
U
1.一种千兆以太网口防雷电路，其特征在于，包括第一级电路、第二级电路与第三级电路，所述第一级电路包括网络芯片、隔离变压器与网络连接头，所述隔离变压器的初级线圈的所有中心抽头短接在一起，在所述中心抽头和机壳地之间连接气体放电管，所述第二级电路包括跨接在所述隔离变压器的次级线圈的TVS阵列芯片，所述第三级电路包括串接在TVS阵列芯片和网络芯片之间的退耦电阻。
2.如权利要求1所述的一种千兆以太网口防雷电路，其特征在于，所述隔离变压器与网络连接头之间的变压器线圈为初级线圈，所述隔离变压器与网络芯片之间的变压器线圈为次级线圈。
3.根据权利要求1所述的一种千兆以太网口防雷电路，其特征在于，当为千兆网时，所述第二级电路包括两个TVS阵列芯片，所述TVS阵列芯片接在所述隔离变压器次级线圈的差分对的线与线之间；所述第三级电路包括八个退耦电阻，在所述TVS阵列芯片和网络芯片之间的每条差分线上串接一个退耦电阻。
4.根据权利要求1所述的一种千兆以太网口防雷电路，其特征在于，当为百兆网时，所述第二级电路包括
一个TVS阵列芯片，所述TVS阵列芯片接在所述隔离变压器次级线圈的差分对的线与线之间；所述第三级电路包括四个退耦电阻，在所述TVS阵列芯片和网络芯片之间的每条差分线上串接一个退耦电阻。
权 利 要 求 书1/1页CN 205123242 U
一种千兆以太网口防雷电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及防雷保护技术领域，特别涉及一种用于室外网络通信设备的千兆以太网口防雷电路。
【背景技术】
[0002]工作于室外的网络通信设备，特别是工作于偏远地区，比如远离城市的高速公路，很容易遭受雷击，而且雷击的强度更高，对设备的防雷等级要求也更高，一般要满足6KV以上的浪涌防护等级。
[0003]随着网络视频高清化需求的增加，对千兆以太网的需求也增加，千兆以太网相比于百兆以太网，多了一倍的差分线对，一种适合千兆以太网的防雷电路，要求器件和体积不能成倍的增多，同时要具有足够的防雷等级。现有的使用防雷器件数量比较少的防雷电路方案的代表例子具体可参考中国专利号为：200810065940.3(该发明名称：一种网口防雷电路及其RJ45网络接口装置)，具体电路如下：
[0004]如图1所示，第一级电路，包括每一对差分线的初级变压器的中心抽头与机壳机之间的双向瞬态限压器件；第二级电路，包括接在次级线圈的限流自恢复保险丝和稳压IC，限流自恢复保险丝串接在差分线对里，限流自恢复保险丝和芯片之间的差分线和芯片信号地之间连接稳压IC。该防雷电路只能通过2KV的雷击浪涌测试，如果要通过6KV的雷击浪涌共模信号，可以将第一级电路中的TVS管换成气体放电管，但是气体放电管相比TVS管体积要大得多；如果要通过6KV的雷击浪涌差模信号，则需要更换通流能力更大的自恢复保险丝，一般自恢复保险丝通流能力越大，体积越大，当通流能力达到一定程度，根本不能用贴片封装的器件，必须采用直插器件，直插器件体积更大，电路中所示的稳压IC通流能力很低，而且此种功能的IC通流能力也做不到很高，需要更换其它类型的芯片，需要涉及到电路的修改。所以要想通过6KV的雷击浪涌测试，现有方案需要更换器件和修改电路，尤其是更换器件会带来体积大量增大的问题，特别是在具有多个千兆以太网口的工业以太网交换机上，体积的增加是一个很大的挑战，带来不便。
【实用新型内容】
[0005]有鉴于此，为克服现有技术的不足，本实用新型提供一种千兆以太网口防雷电路，既能提高防雷设备等级，使用器件更少、占用空间更小，可以保证网络传输性能的适合千兆以太网的防雷电路。
[0006]为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：
[0007]一种千兆以太网口防雷电路，包括第一级电路、第二级电路与第三级电路。[0008]所述第一级电路包括网络芯片、隔离变压器与网络连接头，所述隔离变压器的初级线圈的所有中心抽头短接在一起，在所述中心抽头和机壳地之间连接气体放电管。[0009]所述第二级电路包括跨接在所述隔离变压器的次级线圈的TVS阵列芯片。[0010]所述第三级电路包括串接在TVS阵列芯片和网络芯片之间的退耦电阻。
[0011]所述隔离变压器与网络连接头之间的变压器线圈为初级线圈，所述隔离变压器与网络芯片之间的变压器线圈为次级线圈。
[0012]进一步，当为千兆网时，所述第一级电路包括一个气体放电管，所述隔离变压器的初级线圈中心抽头全部短接在一起，与机壳地之间接一个气体放电管。
[0013]进一步，当为百兆网时，百兆网未使用的另外两对线与隔离变压器的初级线圈中心抽头短接在一起，与机壳地之间接一个气体放电管。
[0014]具体的，当为千兆网时，所述第二级电路包括两个TVS阵列芯片，所述TVS阵列芯片接在所述隔离变压器次级线圈的差分对的线与线之间；所述第三级电路包括八个退耦电阻，在所述TVS阵列芯片和网络芯片之间的每条差分线上串接一个退耦电阻。
[0015]当为百兆网时，所述第二级电路包括一个TVS阵列芯片，TVS阵列芯片接在所述隔离变压器次级
线圈的差分对的线与线之间；所述第三级电路包括四个退耦电阻，在所述TVS 阵列芯片和网络芯片之间的每条差分线上串接一个退耦电阻。
[0016]进一步，当为千兆以太网时，所述网络连接头为RJ45网络连接头。
[0017]所述隔离变压器的初级线圈中心抽头短接在一起后，与机壳地之间还连接一个1000pF/2KV的高压电容。
[0018]所述退耦电阻为普通0603封装2.2欧姆电阻。
[0019]本实用新型的有益效果是，可以通过6KV的雷击浪涌测试，且使用器件少，占用体积小，成本低廉，特别适用于需要集成多个网口的工业以太网交换机设备。
[0020]【附图说明】
[0021]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为本实用新型现有技术的一种百兆网口防雷电路。
[0023]图2为本实用新型一种千兆以太网口防雷电路。
[0024]图3为图2中集成TVS阵列的低结电容芯片D1。
[0025]图4为图2中集成TVS阵列的低结电容芯片D2。
[0026]图5为本实用新型一种千兆以太网口防雷电路用于百兆的电路。
[0027]图6为图5中集成TVS阵列的低结电容芯片D1。
[0028]图中，1、网络芯片，2、隔离变压器，3、网络连接头。
[0029]【具体实施方式】
[0030]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0031]参照图2、图3与图4，一种千兆网以太网口防雷电路，包括网络芯片1、 隔离变压器2、网络连接
头3，气体放电管G1为开启电压230V和通流量5KA，高压电容C1耐压为2KV容值为1000pF，D1与D2为集成TVS阵列的低结电容芯片，网络芯片1与隔离变压器2之间连有电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8，所述R1-R8电阻均为普通0603封装2.2欧姆电阻。
[0032]当为千兆以太网时，网络连接头3采用RJ45网络连接头。
[0033]隔离变压器2的初级线圈的所有中心抽头短接在一起，在所述中心抽头和机壳地之间连接气体放电管G1，还要连接一个高压电容C1。
[0034]该防雷电路的第一级电路包括如图所示的网络芯片1、隔离变压器2与网络连接头3，所述隔离变压器2的初级线圈的所有中心抽头短接在一起，在所述中心抽头和机壳地之间连接气体放电管G1和高压电容C1。
[0035]第二级电路包括跨接在所述隔离变压器2的次级线圈的TVS阵列芯片D1、D2。[0036]第三级电路包括串接在TVS阵列芯片D1、D2和网络芯片1之间的退耦电阻R1-R8。[0037]如图5所示，一种千兆网以太网口防雷电路用于百兆的电路，包括网络芯片1、隔离变压器2与网络连接头3，其中，G1为开启电压230V和通流量5KA的气体放电管，C1为耐压2KV 容置1000pF的高压电容，网络芯片1与隔离变压器2之间连有电阻R1、R2、R3、R4，所述R1-R4均为普通0603封装2.2欧姆电阻。
[0038]图6所示的D1为集成TVS阵列的低结电容芯片。
[0039]本实用新型雷击浪涌防护的实现方式是：当雷击浪涌共模信号进入RJ45网络连接头后，共模电压还没超过隔离变压器2的绝缘耐压值，雷击浪涌共模信号完全被隔离在RJ45网络连接头的外侧，不会对网络芯片1造成影响。当隔离变压器2的中心抽头的能量积累的电压超过气体放电管G1的击穿电压时，气体放电管G1击穿导通，雷击浪涌能量全部从气体放电管G1泄放到地，当能量泻放完毕后，气体放电管G1恢复正常高阻状态。
[0040]当雷击浪涌差模信号进入RJ45网络连接头后，雷击浪涌能量的高频部分通过隔离变压器2耦合到次级，低频能量直接通过变压器初级流出RJ45网络连接 头，雷击浪涌能量的大部分都集中在低频部分，所以耦合到次级的能量不会太大，耦合到次级的能量绝大部分通过TVS管进行吸收，余下的少量能量通过退耦电阻吸收，退耦电阻的作用实际上是降低TVS管残压对网络芯片的影响。实际测试发现如果没用此退耦电阻，差模等级只能达到2KV，有此退耦电阻后，差模等级可以达到6KV。
[0041]综上所述，雷击浪涌共模能量靠变压器的绝缘性能和气体放电管来抵抗，只要气体放电管的击穿电压不超过变压器的绝缘耐压值，该防护电路的共模防雷等级主要由气体放电管的通流能力、变压器初级线圈的通流能力及网络连接头和变压器之间PCB走线宽度决定；雷击浪涌差模能量靠变压器的耦合能量的特性、TVS管和退耦电阻来抵抗，如果变压器的性能满足差模防雷等级要求，该防护电路的差模防雷等级的提高可以通过少量提高TVS的通流能力来实现。
[0042]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
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