CN105324020A - 具有电流隔离的电气系统 - Google Patents

具有电流隔离的电气系统 Download PDF

Info

Publication number
CN105324020A
CN105324020A CN201510280189.9A CN201510280189A CN105324020A CN 105324020 A CN105324020 A CN 105324020A CN 201510280189 A CN201510280189 A CN 201510280189A CN 105324020 A CN105324020 A CN 105324020A
Authority
CN
China
Prior art keywords
equipment
cabinet
port
electrical system
group
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510280189.9A
Other languages
English (en)
Inventor
J·F·维迈耶
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Progress Rail Locomotive Inc
Original Assignee
Electro Motive Diesel Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Electro Motive Diesel Inc filed Critical Electro Motive Diesel Inc
Publication of CN105324020A publication Critical patent/CN105324020A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63H—TOYS, e.g. TOPS, DOLLS, HOOPS OR BUILDING BLOCKS
    • A63H19/00—Model railways
    • A63H19/02—Locomotives; Motor coaches
    • A63H19/10—Locomotives; Motor coaches electrically driven
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63H—TOYS, e.g. TOPS, DOLLS, HOOPS OR BUILDING BLOCKS
    • A63H19/00—Model railways
    • A63H19/24—Electric toy railways; Systems therefor

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种具有电流隔离的电气系统。本公开涉及一种电气系统。所述电气系统可以包括第一设备，所述第一设备在其中具有第一机箱和第一端口。所述电气系统可以还包括第二设备，所述第二设备在其中具有第二机箱和第二端口。所述第一设备和所述第二设备可以由通过所述第一端口和所述第二端口的电缆连接。所述第二机箱可以被导电地连接到大地接地。所述第二端口上的引脚可以通过静电放电保护设备被连接到所述第二设备中的隔离接地，以及所述隔离接地可以通过一组电容器被连接到所述第二机箱。

Description

具有电流隔离的电气系统
技术领域
本公开一般地涉及电气系统，更具体地说，涉及具有电流隔离(galvanicallyisolated)的输入-输出电路的电气系统。
背景技术
已知传统的机车使用数个车载电气系统，这些电气系统具有输入-输出(“i/o”)电路以便输入和输出信号。众所周知，针对每个数据端口具有电流(电压)隔离，以便容许和分离远程安装的设备之间的不同接地电势。电流隔离显著减少或消除潜在接地回路以免干扰远程设备之间的通信信号。除了消除接地回路之外，设备i/o电路的电流隔离允许设备承受在i/o电路与接地设备机箱之间施加高电势(HIPOT)。HIPOT额定电压的范围通常从500伏特(V)到1500伏特，然而某些设备可能需要承受甚至更高的HIPOT电压，以便在正常使用中施加高的预期电压。
i/o电路的另一个期望方面包括设备内部的数据通信导体的电磁屏蔽，以及在远程设备之间承载通信信号的外部数据电缆中包含的导体的电磁屏蔽。明智地实现的此类屏蔽增加设备抵抗辐射电磁干扰的免疫力，并且还显著减少设备的辐射发射。
电子设备的另一个期望方面是对静电放电(ESD)事件的适应性。ESD事件可以使用高达20千伏(kV)的电压。对于在布线安装和维修期间通常需要人为干预的设备，ESD保护可以尤为重要。常见ESD保护方法包括瞬态保护二极管、金属氧化物变阻器(MOV)和包含火花隙的组件。
但是，i/o电路的电流隔离与ESD保护方法出现明显冲突。例如，包括上述ESD保护组件的电路的HIPOT测试可以永久损坏ESD保护组件。此外，引入ESD保护组件还可以使电流隔离措施失败。
第2012/0258678号美国公开(“’678公开”)公开一种技术，其用于减少电力适配器装置与调谐器装置的平行耦合电缆之间的共模干扰信号，以便提供增强型电缆，该电缆具有接收天线和用于电力的导电路径两者。尽管’678公开可以减少天线与电力电缆之间的共模干扰信号，但’678公开未提供解决方案以便可以针对同一设备获得电磁屏蔽、电流隔离和ESD保护的益处。
目前公开的电气系统旨在克服上面提出的一个或多个问题和/或本领域中的其它问题。
发明内容
根据一个方面，本公开涉及一种电气系统。所述电气系统可以包括第一设备，所述第一设备在其中具有第一机箱和第一端口。所述电气系统可以还包括第二设备，所述第二设备在其中具有第二机箱和第二端口。所述第一设备和所述第二设备可以由通过所述第一端口和所述第二端口的电缆连接。所述第二机箱可以被导电地连接到大地接地(earthground)。所述第二端口上的引脚可以通过静电放电保护设备被连接到所述第二设备中的隔离接地，以及所述隔离接地可以通过一组电容器被连接到所述第二机箱。
根据另一个方面，本公开涉及一种设备。所述设备可以包括机箱和电路板，在所述机箱中具有端口。所述机箱可以被导电地连接到大地接地。所述端口上的引脚可以通过静电放电保护设备被连接到所述电路板上的隔离接地，以及所述隔离接地可以通过一组电容器被连接到所述机箱。
附图说明
图1示出具有两个机车的示例性组成部分(consist)的视图；
图2示出一种示例性电气系统；
图3示出图2的电气系统的设备的一种示例性电路板配置。
具体实施方式
图1示出包括多个机车120的组成部分100，所述多个包括至少第一和最后一个机车120。每个机车120可以包括机车引擎140。在一个实施例中，机车引擎140可以包括单流式二冲程柴油引擎系统。所属技术领域的技术人员还将理解，每个机车120还可以例如包括驾驶室(未示出)；用于容纳电子设备的设施，例如电子储物柜(未示出)；机车引擎140的防护式外壳(未示出)；以及与机车引擎140结合使用的发电机(未示出)。
尽管图1中未示出，但组成部分100可以包括两个以上机车120。此外，组成部分100还可以包括各种其它铁路车辆(例如货车或客车)，并且可以采用不同的车辆和机车布置，以便满足组成部分100的特定使用。在一个实施例中，组成部分100中的机车例如通过机车之间的有线或无线连接与彼此通信。此类连接的特定实例可以包括但不限于有线以太网连接、无线网络连接、无线电连接、有线串行或并行数据通信连接，或者在操作上链接组成部分的相应机车的车载控制和通信系统的其它此类通用通信路径。
图2示出可以在包括机车120的各种位置中发现的电气系统200。电气系统200可以包括两个设备201和202，它们通过电缆223被电连接到彼此。每个设备201和202可以分别具有机箱211和212，它们充当设备201和202的组件的金属屏蔽物或覆盖物。设备201和202的每一个可以包括端口(例如，设备201中的连接器222和设备202中的连接器224)，它们充当设备201和202的输入-输出接口。例如，电缆223可以耦合到连接器222和224。连接器222和224可以是所属技术领域中已知的任何连接器。例如，连接器222和224可以是9引脚连接器，如DB9连接器。示例性地，连接器222和224可以具有护罩(shrouds)(未示出)，它们将连接器222和224分别导电地连接到机箱211和212。示例性地，机箱211和212可以被连接到大地接地。
电缆223可以在设备201和202之间运送数据，并且可以包含导电屏蔽物，该导电屏蔽物通过连接器护罩和与连接222、224耦合的电缆连接器(未示出)而连接到机箱211或212。在电缆连接器和连接器222、224之间形成360°连接之后，可以说电气系统200由单个导电屏蔽表面覆盖。换言之，可以说整个系统200具有单个导电外壳，该导电外壳提供电磁屏蔽。
在每个设备201和202的内部，可以具有额外电路，该额外电路处理通过223传送的数据。例如，在设备201中，示出隔离电路221，该隔离电路221被耦合到连接器222，并且传送通过电缆223接收或发送的数据。例如，来自隔离电路221的线路CANH可以被连接到连接器222的引脚P1。同样，来自隔离电路221的线路CANL可以被连接到连接器222的引脚P2。
隔离电路221可以隔离设备201的不同部分之间的信号。例如，在TX线路上传送的信号导致数据以差分信号形式(CANH-CANL)从设备201发送到数据电缆223上。同样，RX线路响应从数据电缆223并且通过隔离电路221传入的差分数据(CANH-CANL)。此外，隔离电路还可以隔离设备201的不同部分之间的电源和接地平面。如图2中所示，设备201的内部电源VCC可以被隔离并且输出为ISO_PWR。同样，接地平面(GND)可以被隔离并且输出为隔离接地(ISO_GND)。将理解，隔离电路221可以包括用于隔离不同信号的不同电路。例如，可以使用变压器隔离电源和接地平面。示例性地，可以使用光隔离器集成电路将CANH和CANL与TX和RX信号相隔离。在另一个实施例中，可以使用变压器将CANH和CANL与TX和RX信号相隔离。
图2总体上示出在电气系统周围提供导电外壳以及在设备中提供内部电流(电压)隔离的概念。图3现在进一步描述用于设备201的i/o电路的示例性ESD保护机制。将理解，还可以针对设备202提供类似的ESD保护机制。
在图3中，连接器222被示为9引脚DB9连接器。来自设备202的电缆223(未示出)可以与连接器222耦合。DB9连接器可以包括金属护罩，该金属护罩电连接到机箱211和电路板，该电路板容纳隔离电路221、ESD保护设备231、一组电容器232以及电阻网络233。此外，连接器222的引脚7和2可以经由CANH和CANL线路，将通过电缆223接收的信号传送到隔离电路221。在图3中，可以将图2中的VCC和GND分别设置为5伏特和0伏特。将理解，5伏特和0伏特只是示例性电压电平，并且可以针对VCC和GND设置任何其它电压电平。在图3中，隔离电源和接地平面被分别表示为ISO_PWR和ISO_GND。
ESD保护设备231可以被连接到引脚7和2以便提供ESD保护。在该实施例中，ESD保护设备231示例性地包括齐纳二极管。尽管在该实施例中使用齐纳二极管，但将理解，可以使用其它ESD保护设备(例如金属氧化物变阻器或包含火花隙的设备)取代齐纳二极管。在图3中，齐纳二极管将引脚7和2连接到隔离接地(ISO_GND)。此外，电路板可以包括一组高压电容器232，它们在机箱211(其处于大地接地)与隔离接地之间与电阻网络233并联。该组高压电容器232可以包括一个或多个电容器，以便总电容为至少1纳法(nF)。电阻网络233可以包括一个或多个串联的电阻器，以便它们能够使电容器232放电。示例性地，电阻网络233可以包括五个串联的电阻器，其中每个电阻器的电阻为3.3兆欧(Mohm)。接下来，将解释ESD保护机制的操作。
假设在使用连接器222对电缆223进行安装或布线期间发生ESD事件。具体地说，假设针对引脚7发生ESD事件。如果在ESD事件期间向引脚7施加10千伏电压，则可以通过假设操作人员的电容为150皮法(pF)，计算转移的总电荷。连接到引脚7的齐纳二极管将传导该电荷，这最终将电容器232充电到低于1千伏的电压，因为电容器232的电容值较高(大于1纳法)。对于隔离电路，1千伏或更小的电压值现在导致容许值。此外，电阻网络233中的多个串联电阻器可以比单个电阻器承受更高的电压，并且为ESD拦截电容器232提供排放放电路径。此类排放放电路径通过在大约100毫秒内对电容器232放电，提供对重复ESD事件的适应性。
工业实用性
公开的电气系统和电路可以提供一种解决方案，以便可以针对同一设备获得电磁屏蔽、电流隔离和ESD保护的益处。ESD拦截电容器例如可以将10千伏ESD事件的负载减少到小于1千伏的容许级别。因此，所述i/o电路容许HIPOT测试和ESD事件。
此外，电路板可以针对在数据信号导体(例如，CANH和CANL)与机箱之间包含的共模电流，提供通过电容器232到隔离接地的返回路径。此外，整个系统可以被包围在导电外壳中，以便提供RF免疫力并且减少RF发射。常规技术可能不提供上面的优势。此外，将理解，上面公开的技术适用于其它接口类型，例如RS232、RS422、RS485和以太网。
对于所属技术领域的技术人员显而易见的是，可以对公开的技术进行各种修改和改变。通过考虑所公开的技术的说明书和实现，其它实施例将对于所属技术领域的技术人员来说显而易见。其意图是说明书和实例仅被视为示例性的，真正范围由以下权利要求及其等效物指示。

Claims (10)

1.一种电气系统，包括：
第一设备，在其中具有第一机箱和第一端口；以及
第二设备，在其中具有第二机箱和第二端口，其中：
所述第一设备和所述第二设备由通过所述第一端口和所述第二端口的电缆连接，
所述第二机箱被导电地连接到大地接地，
所述第二端口上的引脚通过静电放电保护设备被连接到所述第二设备中的隔离接地，以及
所述隔离接地通过一组电容器被连接到所述第二机箱。
2.根据权利要求1的电气系统，其中所述一组电容器的电容为至少1纳法。
3.根据权利要求2的电气系统，其中所述一组电容器被并联连接到一组电阻器，所述一组电容器能够通过所述一组电阻器放电到大地接地。
4.根据权利要求3的电气系统，其中所述一组电阻器包括多于一个电阻器的串联网络。
5.根据权利要求1的电气系统，其中所述第一机箱、所述第二机箱和所述电缆形成单个导电外壳。
6.一种设备，包括：
机箱，在其中具有端口；以及
电路板，其中：
所述机箱被导电地连接到大地接地，
所述端口上的引脚通过静电放电保护设备被连接到所述电路板上的隔离接地，以及
所述隔离接地通过一组电容器被连接到所述机箱。
7.根据权利要求6的设备，其中所述一组电容器的电容为至少1纳法。
8.根据权利要求7的设备，其中所述一组电容器被并联连接到一组电阻器，所述一组电容器能够通过所述一组电阻器放电到大地接地。
9.根据权利要求8的设备，其中所述一组电阻器包括多于一个电阻器的串联网络。
10.根据权利要求7的设备，其中所述一组电容器包括两个电容器。
CN201510280189.9A 2014-06-06 2015-05-28 具有电流隔离的电气系统 Pending CN105324020A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/298,776 US20150357812A1 (en) 2014-06-06 2014-06-06 Electrical system having galvanic isolation
US14/298776 2014-06-06

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105324020A true CN105324020A (zh) 2016-02-10

Family

ID=54770352

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510280189.9A Pending CN105324020A (zh) 2014-06-06 2015-05-28 具有电流隔离的电气系统

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20150357812A1 (zh)
CN (1) CN105324020A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109950887A (zh) * 2017-12-20 2019-06-28 炬芯（珠海）科技有限公司 一种耐压esd保护装置
CN111343781A (zh) * 2020-03-06 2020-06-26 Oppo广东移动通信有限公司 Esd事件处理方法、esd事件处理电路及相关产品

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015000380A1 (de) * 2015-01-13 2016-07-14 Wabco Gmbh Sensoreinheit, Sensier- und Auswertevorrichtung mit einer derartigen Sensoreinheit sowie Kraftfahrzeug oder Anhänger damit und Verfahren zum Schützen einer Auswerteeinrichtung
US20230352933A1 (en) * 2020-01-22 2023-11-02 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Protection circuits for interfaces

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5721662A (en) * 1992-07-29 1998-02-24 Act Communications, Inc. Floating ground isolator for a communications cable locating system
US5671110A (en) * 1996-01-23 1997-09-23 Oneac Corporation Ground skew protection method and apparatus
US6063234A (en) * 1997-09-10 2000-05-16 Lam Research Corporation Temperature sensing system for use in a radio frequency environment
US6741612B1 (en) * 2002-03-05 2004-05-25 Omninet Capital, Llc Two-port ethernet line extender
JP4779661B2 (ja) * 2006-01-17 2011-09-28 トヨタ自動車株式会社 通信装置
CN101540683B (zh) * 2008-03-17 2011-05-11 华为技术有限公司 一种接口电路以及一种通信设备
US8233258B2 (en) * 2009-01-15 2012-07-31 Rockwell Automation Technologies, Inc. DC bus clamp circuit to prevent over voltage failure of adjustable speed drives
US8643985B2 (en) * 2010-07-23 2014-02-04 Schneider Electric Solar Inverters Usa, Inc. Photovoltaic bipolar to monopolar source circuit converter with frequency selective grounding
FR2975843B1 (fr) * 2011-05-23 2013-05-17 Renault Sa Procede de commande des interrupteurs d'un redresseur de courant connecte a un chargeur embarque.
US9124093B2 (en) * 2012-09-21 2015-09-01 Transtector Systems, Inc. Rail surge voltage protector with fail disconnect
TWI543470B (zh) * 2012-12-05 2016-07-21 技嘉科技股份有限公司 連接器電路及其高壓突波保護方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109950887A (zh) * 2017-12-20 2019-06-28 炬芯（珠海）科技有限公司 一种耐压esd保护装置
CN111343781A (zh) * 2020-03-06 2020-06-26 Oppo广东移动通信有限公司 Esd事件处理方法、esd事件处理电路及相关产品

Also Published As

Publication number Publication date
US20150357812A1 (en) 2015-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107368018B (zh) 用于飞机货物/货物处理系统的通信系统和方法
EP1883179B1 (en) Communication system for hazardous environments
CN105324020A (zh) 具有电流隔离的电气系统
US5995353A (en) Apparatus for discharging an electrostatic discharge via a spark gap coupled in series with a high impedance network
EP2658061B1 (en) Communication line isolator
EP2773004B1 (en) Connection apparatus circuit and high voltage surge protection method thereof
CN213186116U (zh) 矿用接地选线装置can总线抗干扰电路
US10660195B2 (en) Printed circuit board and electronic component package including same
CN105186484B (zh) 一种具有422通讯功能的机载设备雷电抑制器
CN114866160B (zh) 一种采集终端中rs485芯片的隔离保护电路、模块、芯片
KR20180049882A (ko) Ip 카메라 선로용 hemp 필터 장치
Brison et al. Optimised PLC power transfer on avionic DC Power Lines: Coupling circuit and lightning protection
CN219372019U (zh) 雷击防护电路及电子设备
TWI810065B (zh) 用於電子控制單元之網路信號總線之抗靜電保護電路結構
CN213602646U (zh) Rs232通讯装置、rs485通讯装置及防雷带隔离的通讯系统
Shukla et al. EMI/EMC for military aircraft and its challenges
US20090128977A1 (en) Method to protect Ethernet connected products
US9231233B2 (en) Battery control device
US11942244B2 (en) Surge protection apparatus and method for substation protective relays
EP3061217B1 (en) Communication bus for motor vehicle
CN210212370U (zh) 一种高压箱控制及信号采集线路
Gerke et al. EDN designers guide to electromagnetic compatibility
CN115663772A (zh) 用于电子控制单元的网络信号总线的抗静电保护电路结构
CN116930577A (zh) 一种用于电磁兼容检测的静电放电脉冲抑制装置
KR20240093669A (ko) 간접 번개 보호 기능을 지닌 전자 장치, 자세 및 방향 기준 시스템 및 항공기

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20160210