POE接口防護(hù)設(shè)計(jì)——PSE電路防護(hù)整改實(shí)例
本期主要是針對(duì)PSE電路，進(jìn)行實(shí)際案例分析，分享整改過程。
01 問題描述
某客戶，在按照ITU-T K.21測試要求的測試應(yīng)力測試POE網(wǎng)口時(shí)，出現(xiàn)POE網(wǎng)口損壞。表現(xiàn)為PSE IC損壞，無輸出。其防護(hù)的電路基本框圖如下：
從原理圖上看，為了做好防護(hù)，在POE電源口做了兩級(jí)TVS 的防護(hù)，從應(yīng)用電路上看，規(guī)劃的路徑是在接口處，IC的輸入前，將過電壓能量抑制在一個(gè)較低的水平，通過實(shí)際測試，PSE IC損壞。
02 整改過程
客戶的測試是需要滿足ITU-T K.21的測試要求，設(shè)備為-48V供電，工業(yè)交換機(jī)，失效項(xiàng)目為網(wǎng)口的POE的12→36、45→78的差模模式，即測試的是POE供電口的差模。測試?yán)擞康恼蚺c負(fù)向都會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品失效，PSE不能給PD供電，功能異常。
查閱PSE IC的相關(guān)規(guī)格書，允許的VIn腳為-0.3~80v輸入范圍，因?yàn)?000W58V的TVS鉗位電壓通常在90V~100V的水平，超出了芯片的規(guī)格書要求。故懷疑是TVS殘壓過高，導(dǎo)致PSE接口失效。
經(jīng)實(shí)際測試，正向浪涌時(shí)，捕捉PSE的Vin輸入腳對(duì)地電壓，其殘壓并不高，實(shí)測在70V以內(nèi)，并沒有超過IC的規(guī)格。排查失效的板子，發(fā)現(xiàn)并非PSE IC失效，失效的為后級(jí)DC/DC之后的MOS管，通過更換MOS管后，板子能正常工作，失效的路徑圖如下：
通過去除TVS3后，上機(jī)驗(yàn)證正向浪涌，并無發(fā)生MOS失效現(xiàn)象，查相關(guān)的MOS 規(guī)格書，該款MOS的脈沖能力相對(duì)較弱，通過去掉TVS3，切斷了浪涌路徑，使該支路的耐壓能力提高，浪涌能力從前級(jí)的TVS泄放。
在測試負(fù)向浪涌時(shí)，設(shè)備再次失效，排查之前失效的MOS，無短路失效，更換了PSEIC后設(shè)備正常工作，確定為PSE IC失效。通過分析，其失效路徑如下：
為此，我們將前級(jí)的TVS并聯(lián)了一個(gè)肖特基二極管，在IC的VIn腳增加一個(gè)肖特基二極管。主要目的是在做負(fù)向雷擊時(shí)，讓雷擊能量更快的通過肖特基二極管泄放走，使其不能通過IC的負(fù)壓方向走回正向方向，如下圖所示：
通過整改后，去除多余的防護(hù)器件，經(jīng)實(shí)測，浪涌正向、負(fù)向均滿足測試應(yīng)力要求，完成整改。精簡后的方案圖如下：
03 總結(jié)分析
1、浪涌的解決方案，切記堆疊物料，簡單的堆疊物料只會(huì)徒增成本，在防護(hù)上未必能起到關(guān)鍵作用。在做浪涌防護(hù)時(shí)，做好浪涌路徑規(guī)劃尤為重要；
2、測試失效后，需要從失效的器件出發(fā)，尋找合理的失效路徑，通過器件的特性，規(guī)劃更加合理的路徑作為整改方向；
3、早期規(guī)劃浪涌路徑，可以降低后期的整改難度。
