CN101516218B - 电荷保护设备 - Google Patents

Abstract

用于安全地放电的保护设备，其包括适应于与穿用者接触的连接装置(10，50，60)。连接装置中的导电通路接触穿用者，该导电通路接地。在导电通路中设置有第一电路装置(30)。第一电路装置(30)具有至少一个可变电阻，以便作为穿用者和地面之间电势差的增加的函数而施加第一水平的可变电阻，来降低导电通路中的导电性，以允许通过保护设备静电放电。

Description

电荷保护设备

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2006年8月11日提交的国际专利申请PCT/IB2006/052789和2007年2月19日提交的美国临时专利申请60/890,549的优先权。

技术领域

本申请涉及电击预防，并且更具体地涉及用作防止电子放电的保护设备。

背景技术

人与他/她的环境的相互作用(例如通过运动产生的摩擦)导致在人身上的静电荷的积累。通常，人们穿着非导电性的衣服(如橡胶底的鞋，其是有效的绝缘体)，这可增加人的静电荷的积累。更具体地，衣服经常是人和地面之间的连接装置(interface)。当该连接装置具有绝缘特征时(如，带有橡胶底的鞋)，人积累静电荷。这样，当接触代表地的物体时，由于电荷释放到地面，人感觉到令人不愉快的静电击。

在一些工作场所，工人身上的静电荷的电平受到控制。例如，在电子领域中，即使工人感觉不到这种电荷的放电，100V的电荷可以导致对电子器件的损害，例如消除了磁性数据媒体上的数据。与碳氢化合物一起工作时(石油和天然气工业)，50V的电荷可将点燃可燃蒸汽。在塑料工业中，这些量的静电荷可以导致产生由电击引起的严重伤害。因此，无论是为了工人的安全还是为了保持生产率水平，静电荷的控制是重要的。

已开发了保护设备，如鞋、腕带、后跟垫(heel pad)和踝带，来控制工人的电荷。然而，如果这种保护设备是高导电性的，对于穿用者来说存在增加的被电死的风险。高导电性保护装备的穿用者可以成为高压机器或导线的地电位。

已开发了多个产品，并且授权了多个专利来解决对导电的、绝缘的或抗静电的装备的需要。专利的例子包括美国专利第493,782号、第2,261,072号、第2,712,099号，以及其他专利。

发明内容

因此，本发明的目的是提供解决与现有技术相关的问题的电荷保护设备。

因此，根据优选的实施方式，提供了用于安全地释放电势的保护设备，该设备包括适应于与穿用者接触的连接装置；在接触穿用者的连接装置中的导电通路，该导电通路接地(reaching a ground)；以及在导电通路中的第一电路装置，第一电路装置具有至少一个可变电阻，以便作为穿用者和地面之间电势差的增加的函数而施加(oppose)第一水平的可变电阻，来降低导电通路中的导电性，以允许通过保护设备静电放电。

进一步根据优选的实施方式，第一电路装置包括第一电阻和第一对晶体管，第一对晶体管相对第一电阻而设置，以便根据在电流方向上第一电阻两端的电势差来提供第一水平的可变电阻。

再进一步根据优选的实施方式，保护设备包括在导电通路中的与第一电路装置串联的第二电路装置，第二电路装置具有第二电阻和第二对晶体管，第二对晶体管相对第二电阻而设置，以便根据在电流方向上第二电阻两端的电势差来提供第二水平的可变电阻。

再进一步根据优选的实施方式，第一对晶体管是MOSFET，晶体管设置在第一电阻的相对的两侧(opposed sides)上，以便当电流从穿用者流向地面时，在耗尽模式下工作。

再进一步根据优选的实施方式，第一对晶体管和第二对晶体管是MOSFET，第一对晶体管和第二对晶体管分别设置在第一电阻的相对的两侧上和第二电阻的相对的两侧上，以便当电流从穿用者流向地面时，在耗尽模式下工作。

再进一步根据优选的实施方式，连接装置是鞋，鞋具有内底、绝缘中底和外底，电路装置安置于中底内并且与内底和外底接触。

再进一步根据优选的实施方式，内底具有与导电层和电路装置相接触的导电带，导电层接触穿用者的脚。

再进一步根据优选的实施方式，外底包括与电路装置相接触的导电后跟部分和导电前掌部分中的至少一个。

再进一步根据优选的实施方式，连接装置是腕带和踝带中的任何一种，并且连接装置接地。

附图简述

图1是根据本发明的实施方式的电荷保护鞋底的俯视分解视图；

图2是图1所示的电荷保护鞋底的仰视分解视图；

图3是根据本发明的另一个实施方式的电荷保护腕带的示意图；

图4是根据本发明的另一个实施方式的电荷保护踝带的示意图；以及

图5是图1至4所示的电荷保护装备所使用的电路。

优选实施方式描述

现在参考附图，并且更特别地参考图1和2，在10处大概地示出根据实施方式制造的电荷保护鞋底。从顶部到底部，鞋底10具有导电层12、内底14、用于鞋帮(upper)的组装基底16、中底18和外底20。也可在鞋底10中设置其他层，或者一些前面描述的层可以是可选的。

导电层12是穿用者的脚和鞋底10之间的连接装置。

内底14是清洁层，并且通常由吸收性的材料制成，以便吸收气味和湿气。内底14由电绝缘材料制成。

组装基底16用来将鞋帮连接到鞋底10。虽然为了清楚的目的没有示出，但是鞋帮可以整体地是组装基底16的一部分。组装基底的特征为开口16A。

中底18将组装基底16连接到外底20。中底18由电绝缘材料制成。

外底20是鞋底10与地面之间的连接装置。

仍然参考图1和2，在30处大概地示出作为与鞋底10一起使用的电荷保护装置。保护装置30是安置于鞋底10中的电子器件。保护装置30与导电元件关联，以便成为用于穿用者的电荷的消散通路的一部分。

更具体地，保护装置30具有上电极31A和底电极31B。上电极31A接触上导电带(top conductive ribbon)32A。通过穿过内底14中的一对开口，上导电带32A也接触导电层12。由于内底14优选由绝缘材料组成，导电带32A形成穿用者和保护装置30之间的导电通路。

通过穿过组装基底16中的开口16A和中底18中的一对开口，底导电带32B接触保护装置30的底电极31B，并且既接触外底20前面的导电前掌(tab)部分33，也接触外底20后面的导电后跟部分34。由于中底18优选由绝缘材料组成，导电带32B形成保护装置30和地面之间的导电通路。通常，前掌部分33和后跟部分34由导电材料制成，例如选择的导电聚合物或橡胶，以及其他材料。通常，导电带32A和32B由金属材料制成，并且可以作为鞋底10的各层中的可选的印制线路板(PCB)。

为了克服与现有技术装置相关的问题，电荷保护装置30提供作为由穿用者积累的电荷的函数的可变电阻。以为释放不同电平的电荷电势呈现(exhibiting)变化的水平(level)的电阻电路装置的形式来给出保护装置的可变电阻。参考图5，在40处大概地示出保护装置30的电路，并且该电路具有上电极31A和底电极31B。

当发生从穿用者到地面的放电时，因而在发生从电极31A到电极31B的放电时，电流必会通过晶体管41AB/41BA(第一电路装置)和42AB/42BA(第二电路装置)。虽然也可使用其他类型的场效应晶体管，但是在实施方式中，晶体管是耗尽型的MOSFET(即金属氧化物半导体场效应晶体管)。选择晶体管41AB/41BA和42AB/42BA，以便根据在其中一个电极处的放电电势、其晶体管阈值电压以及分别在其栅极(g)端子、源极(s)端子和漏极端子处的电压来改变电阻，以便在耗尽模式下工作。在本说明中，当在电极31A处为正电压时，即，当电流从穿用者流到地面时，确保了晶体管41AB和42AB在耗尽模式下工作，因为在这种情况下，Vgs是负的。

类似地，当电极31A处为正电压时，即，当电流从穿用者流到地面时，确保了晶体管41BA和42BA在耗尽模式下工作，因为在这种情况下，Vgs是正的。

由于在晶体管41AB和42AB的各自的栅极端子和源极端子处为负的Vgs电压，和在晶体管41BA和42BA的各自的栅极端子和源极端子处为正的Vgs电压，所有的晶体管将降低作为电极31A和31B两端电势差的函数的导电性。即，放电通路的总电阻作为穿用者身上的电荷电势的函数而增加。

电阻43和44分别处于晶体管41AB和42AB的下游，并且向放电通路提供更多电阻，还提供了检测每个晶体管是否将在耗尽模式下工作的部件。

如果在电极31A处的电压，例如，低于最小阈值，则晶体管工作状态为，电流等同地不从晶体管41AB/41BA和42AB/42BA的漏极流到晶体管的源极(或从源极到漏极)，并且因此提供具有比在电极31A处的电压大于阈值的情况下更低的电阻的电阻通路。

如果电压高于最大阈值，则晶体管41AB/41BA和42AB/42BA连同其自身的内电阻一起，对电流施加电阻43和44，所述的内电阻根据在每个电阻43和44两端所确定的电压差而变化。

在电阻43和44之中的任何一个限定每个晶体管的各自的工作电阻率或导电性并从而限定电阻放电通路所提供的总电阻的作用下，晶体管41AB/BA和42AB/BA的动作(action)结合以限定在最小阈值和最大阈值之间的中间值。

在为了说明的目的而提供的一个实施方式中，保护装置30为最大为5V的电压施加低于0.02兆欧的平均电阻，在5V到100V之间施加的平均电阻为约0.4兆欧，在100V到300V之间施加的平均电阻为约1兆欧，以及高于300V施加的平均电阻为约1.4兆欧。可根据保护装置的预期的用途来设置其他阈值。以上提到的阈值适合允许将穿用者的净电荷消散到地面，同时防止穿用者受到来自地面的静电击。

应注意，在与电极31A(穿用者)相比，电极31B(或地面)处具有更高的电势的情况下，保护装置30提供保护，这是因为晶体管42BA(或在提供单组晶体管的情况下，晶体管41BA)阻断任何到穿用者的放电。

在需要放电通路从电极31B流向电极31A(第二方向)的情况下，以上描述的保护装置30适应于通过将图5的图示中的n-型晶体管转换为p-型晶体管，将p-型晶体管转换为n-型晶体管，来提供类似的可变电阻保护。也考虑了各种其他配置。

虽然电路40显示为具有在任一方向串联的几对晶体管/电阻的组合(set)，但是应考虑将电路40限制于在单一方向上的一对晶体管/电阻的组合。此外，可为电路40提供单一的晶体管/电阻的组合或许多的晶体管/电阻的组合，以便根据其预期的用途来定制保护装置30。

预期以其他形式提供可变电阻保护。例如，参考图3，在50处大概地示出电荷保护腕带。腕带50导电地连接到佩戴者的手腕，并且以通过导线51连接到地面G的保护装置30为特征。在另一个实施例中，参考图4，在60处大概地示出电荷保护踝带。踝带60导电地连接到佩戴者的脚踝，并且通过导线61使保护装置接地。

Claims (9)

1.一种用于安全地释放电势的保护设备，其包括：

连接装置，其适应于与穿用者接触；

导电通路，其在接触穿用者的所述连接装置中，所述导电通路接地；以及

第一电路装置，其在所述导电通路中，所述第一电路装置具有至少一个可变电阻，以便作为穿用者和地面之间电势差的增加的函数而施加第一水平的可变电阻，来降低所述导电通路中的导电性，以允许通过所述保护设备静电放电。

2.如权利要求1所述的保护设备，其中所述第一电路装置包括第一电阻和第一对晶体管，所述第一对晶体管相对所述第一电阻而设置，以便根据在电流方向上所述第一电阻两端的电势差来提供所述第一水平的可变电阻。

3.如权利要求2所述的保护设备，其进一步包括在所述导电通路中的与所述第一电路装置串联的第二电路装置，所述第二电路装置具有第二电阻和第二对晶体管，所述第二对晶体管相对所述第二电阻而设置，以便根据在电流方向上所述第二电阻两端的电势差来提供第二水平的可变电阻。

4.如权利要求2所述的保护设备，其中所述第一对晶体管中的晶体管是MOSFET，所述晶体管设置在所述第一电阻的相对的两侧上，以便当电流从穿用者流向地面时，在耗尽模式下工作。

5.如权利要求3所述的保护设备，其中所述第一对晶体管中的晶体管和所述第二对晶体管中的晶体管是MOSFET，所述第一对晶体管和所述第二对晶体管中的晶体管分别设置在所述第一电阻的相对的两侧上和所述第二电阻的相对的两侧上，以便当电流从穿用者流向地面时，在耗尽模式下工作。

6.如权利要求1所述的保护设备，其中所述连接装置是鞋，所述鞋具有内底、绝缘中底和外底，所述第一电路装置安置于所述绝缘中底内并且与所述内底和所述外底接触。

7.如权利要求6所述的保护设备，其中所述内底具有与导电层和所述第一电路装置相接触的导电带，所述导电层接触穿用者的脚。

8.如权利要求6所述的保护设备，其中所述外底包括与所述第一电路装置相接触的导电后跟部分和导电前掌部分中的至少一个。

9.如权利要求1所述的保护设备，其中所述连接装置是腕带和踝带中的任何一种，并且所述连接装置接地。

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