POE接口防護設計——PSE電路防護整改實例

本期主要是針對PSE電路，進行實際案例分析，分享整改過程。

01 問題描述

某客戶，在按照ITU-T K.21測試要求的測試應力測試POE網口時，出現POE網口損壞。表現為PSE IC損壞，無輸出。其防護的電路基本框圖如下：

從原理圖上看，為了做好防護，在POE電源口做了兩級TVS 的防護，從應用電路上看，規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較低的水平，通過實際測試，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，設備為-48V供電，工業交換機，失效項目為網口的POE的12→36、45→78的差模模式，即測試的是POE供電口的差模。測試浪涌的正向與負向都會導致產品失效，PSE不能給PD供電，功能異常。

查閱PSE IC的相關規格書，允許的VIn腳為-0.3~80v輸入范圍，因為3000W58V的TVS鉗位電壓通常在90V~100V的水平，超出了芯片的規格書要求。故懷疑是TVS殘壓過高，導致PSE接口失效。

經實際測試，正向浪涌時，捕捉PSE的Vin輸入腳對地電壓，其殘壓并不高，實測在70V以內，并沒有超過IC的規格。排查失效的板子，發現并非PSE IC失效，失效的為后級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，上機驗證正向浪涌，并無發生MOS失效現象，查相關的MOS 規格書，該款MOS的脈沖能力相對較弱，通過去掉TVS3，切斷了浪涌路徑，使該支路的耐壓能力提高，浪涌能力從前級的TVS泄放。

在測試負向浪涌時，設備再次失效，排查之前失效的MOS，無短路失效，更換了PSEIC后設備正常工作，確定為PSE IC失效。通過分析，其失效路徑如下：

為此，我們將前級的TVS并聯了一個肖特基二極管，在IC的VIn腳增加一個肖特基二極管。主要目的是在做負向雷擊時，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，去除多余的防護器件，經實測，浪涌正向、負向均滿足測試應力要求，完成整改。精簡后的方案圖如下：

03 總結分析

1、浪涌的解決方案，切記堆疊物料，簡單的堆疊物料只會徒增成本，在防護上未必能起到關鍵作用。在做浪涌防護時，做好浪涌路徑規劃尤為重要；

2、測試失效后，需要從失效的器件出發，尋找合理的失效路徑，通過器件的特性，規劃更加合理的路徑作為整改方向；

3、早期規劃浪涌路徑，可以降低后期的整改難度。