PoE 구동 제품 및 전자 소자들은 특정 전류 및 전압 값 이내에서 동작하도록 설계 되었다. 만약 단락이나 과전압으로 인해 이러한 값들이 초과되었을 경우 소자는 영구적인 손상을 입거나 장비가 고장 날 수도 있다. 과전류 및 과전압 보호 소자들은 PSE(Power Sourcing Equipment) 및 PD (Powered Device) 장비를 보호하기 위해 사용된다.
PoE 장비에서 과전압 및 과전류 보호
글│매트 윌리암스, 전자 애플리케이션 엔지니어링 매니저, 타이코전자
스마트 싸인, 자동판매기, 빌딩 액세스 컨트롤 및 출근카드 시스템을 비롯해 휴대폰, PDA 충전기, 전자 악기 등과 같은 PoE 애플리케이션이 늘어감에 따라 보다 신뢰성 높고 유연한 과전류 및 과전압 보호 소자의 필요성도 늘어나고 있다. 이러한 소자들은 아래와 같은 조건을 만족 시키기 위해 필요하다.
·이더넷 케이블 또는 PD의 단락으로 인한 피해로부터 PSE를 보호
·PSE의 오류로부터 PD를 보호
·단락 및 과도전압으로부터 PSE 및 PD를 보호
과전류 보호 옵션
일회용 퓨즈는 PoE애플리케이션에서 과전류 제한을 위해 흔히 사용 된다. PPTC(Polymeric Positive Temperature Coefficient)는 회로 부품에 직렬로 설치되며, 안정적이고 재사용 가능한 과전류 제한 기능을 제공한다. 반도체형 사이리스터 과전압 보호 소자는 회로 부품에 병렬로 설치되어서 과전압 서지 시 높은 임피던스에서 낮은 임피던스로 신속하게 전환 된다.
일반적으로 퓨즈는 간단하고 저렴한 솔루션 중 하나이지만, 많은 장비 제조 업체들은 전기적인 단락, 과부하 또는 사용자의 실수로 인한 과전류 손상을 방지하는, 재사용 가능한 PPTC 소자의 장점을 쉽게 찾을 수 있다. PPTC 소자는 오류 시 소자를 교체하지 않아도 되며 전원을 제거하거나 단락의 원인이 제거되면 회로를 정상 동작 상태로 되돌린다.
리셋 기능이 필요 없는 애플리케이션의 경우, 클린 블로우(clean blow) 특성을 갖고 퓨징 이벤트가 패키지 내에서만 일어나는 표면 실장형 퓨즈가 IEEE 802.3af 의 과전류 보호에 사용될 수 있다. 일회용 퓨즈는 PoE 애플리케이션과 관련 된 전류 스파이크 및 변동에 잘 견뎌야 한다.
과전압 보호시 고려 조건
스위칭 또는 낙뢰로 인한 과전압으로부터 PoE 장비를 보호하는 방법은 여러 가지가 있다. 과전압 보호 소자는 크게 클램핑 소자와 폴드백(또는 크로우바) 소자로 나뉜다. 클램핑 소자는 MOV(metal oxide varistors) 및 다이오드와 같이 특정 클램핑 레벨 이하의 전압만 통과 시키는 역할을 한다. 폴드백 소자는 GDT(gas discharge tubes) 및 사이리스터 서지 보호 소자와 같이 브레이크 오버 전압을 초과하는 서지에 분로(shunt) 소자로 동작한다.
클램핑 소자가 서지 전류를 부하와 다른 곳으로 흘려 보낼 때 클램핑 전압을 유지하는 반면 폴드백 소자는 부하에 인가되는 전압을 낮추는 장점을 가지고 있다. 따라서 폴드백 소자의 전력 소모는 클램핑 소자에 비해 매우 낮다.
사이리스터 서지 보호소자는 PoE 애플리케이션용으로 권장할 만한 솔루션이다. 사이리스터는 과도전압을 TVS 다이오드에 비해 낮은 전압으로 폴드백 하기 때문에 TVS 다이오드에 비해 시스템으로 전달되는 피크 및 평균 전압이 낮으므로 PoE 장비의 과전압 및 파워 스트레스를 줄여준다.
또한 사이리스터의 낮은 온 상태(on-state) 전압으로 인해 TVS 다이오드 보다 작은 폼 팩터에서 보다 많은 에너지를 처리할 수 있으므로 PC 보드의 공간을 절약해 준다. 사이리스터는 캐패시턴스가 상대적으로 낮기 때문에 높은 대역폭의 회로에도 적합하다.
과전압 및 과전류로부터 시스템을 보호하는 타이코 전자의 SiBarTM 사이리스터 소자, PolySwitchTM 소자 및 표면 실장형 SloBlow 퓨즈(옵션)의 전형적인 회로 다이어그램
타이코 전자는 산업용 제어용에서 배터리 팩까지 다양한 전자 제품에 적용되는 PolySwitchTM 소자 전문 업체이다. 기존의 과전류 보호 소자 이상의 기능을 작은 폼 팩터로 제공하는 이 제품군들은 위성 비디오 수신기, 산업 제어 애플리케이션, 트랜스포머, 컴퓨터 마더보드, 모뎀, IEEE-1394 포트, 게임기, 배터리 팩, 전화기, 팩스기 및 아날로그/디지털 라인 카드에서 모두 사용 가능하다.
타이코는 제품의 소형화에 따라 최근에 RKEF 시리즈와 같은 소형 PolySwitch 소자로 시장을 확대하고 있다. 리셋 가능한 과전류 보호 기능을 기본으로 하는 이 제품들은 작은 아키텍쳐 설계를 용이하게 도와준다. 타이코의 제품은 EU에서 주창한 ROHS 및 ELV 규격을 준수하며 업계에서 요구하는 각종 표준 규격을 지원한다.
통신 및 네트워킹용 소자들은 EIA 468-B 표준 규격에 의해 테이프 및 릴 패키지 형태로 제공된다. 그 중에서도 FT600 퓨즈 시리즈는 북미 과전류 보호 규격인 Telcordia GR-1089, TIA-968-A(기존 FCC Part 68) 및 UL60950의 최신 개정판 요구 사항을 준수해야 하는 통신 장비 제조업체에게 인기를 얻고 있다.
특히 PoE를 비롯한 통신 장비용 제품들은 SiBar 사이리스터 서지 서프레션 소자와 함께 사용될 경우 과전류/과전압 문제를 해결하는 동시에 각종 규제 사항도 만족시킨다. 통신 기기용 퓨즈는 미세 전류 결함 시 저온에서 운용이 가능하므로 회로선 또는 다층 보드의 손실을 예방한다. 뿐만 아니라 낮은 프로파일 및 작은 공간의 장점은 고밀도 및 공간이 협소한 애플리케이션용에 매우 적합하다.
타이코는 전자 부품, 네트워크 솔루션 및 무선 시스템을 제공하며 150여 개국에서 연간 135억 달러 이상의 매출을 기록하고 있다. 자동차, 전기 제품부터 항공 우주/군사용 통신, 컴퓨터 및 소비자용 가전에 이르기까지 각종 제품을 설계, 제조, 판매하는 타이코 전자는 전 세계에 걸쳐 8천 명의 엔지니어를 통해 글로벌 제조/세일즈/고객 서비스를 제공하고 있다.