CN215990206U - 耐压保护电路及医疗设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种耐压保护电路及医疗设备。电路包括网卡接口、外网接口、工控机开关电源、隔离变压器、外壳接地保护和钳位电路。网卡接口用于连接网卡；外网接口用于连接外部网络电缆，工控机通过该端口和外网通信；工控机开关电源用于为工控机上的工控机主板和网卡供电；隔离变压器设置于外部电源接口与工控机开关电源之间；外壳接地保护连接工控机的外壳，连接工控机内部开关电源数字地，工控机网卡数字地；钳位电路连接外网接口与外壳接地保护，钳位电路用于保证外网接口电路和外壳接地保护之间处于一个安全的电压范围内，从而保护了网卡的芯片。本申请能够通过钳位电路将外网接口与外壳接地保护之间电压稳定在一个安全范围内。

Description

耐压保护电路及医疗设备

技术领域

本申请属于电力电子技术领域，尤其涉及一种耐压保护电路及医疗设备。

背景技术

现有的医疗设备中，不同类型的医疗设备需要满足不同规格的测试指标。根据设备防电击程度分类为B型、BF型和CF型。F型应用部分具有更高的保护要求(漏电流)；B型是适用于体表体腔但触体部分不绝缘的仪器；BF型代表适用于体表体腔但具有绝缘触体的仪器。BF型医疗设备需要满足4000V耐压要求，以避免操作人员因电网电压过大而产生电击事故。

医疗设备的工控机主板通常设置有网卡接口和外网接口。网卡可以插入网卡接口以与工控机主板连接，外网接口则用于与外部网络电缆连接。然而，插入网卡接口的网卡通常属于消费类产品或工业类产品，不具备耐高压的特性。因此，网卡以及外网接口无法满足医疗设备对于耐压指标的要求。

为了使得外网接口能够满足耐压指标要求，通常是在该外网接口与网卡接口之间设置多个以太网变压器，以在实现网络通信的同时满足耐压指标要求。但该解决方案需要设置多个以太网变压器，增加了医疗设备的制造成本，并影响到网络通信的传输速度。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种耐压保护电路及医疗设备，能够解决医疗设备的外网接口为满足耐压指标要求所需的额外成本较高的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供一种耐压保护电路，用于实现外网接口与外部电源接口间的耐压保护，电路包括网卡接口、外网接口、工控机开关电源、隔离变压器、外壳接地保护和钳位电路。网卡接口用于连接网卡；外网接口用于连接外部网络电缆；工控机开关电源用于为工控机上的工控机主板和网卡供电；隔离变压器设置于所述外部电源接口与所述开关电源之间；外壳接地保护用于连接所述外部电源接口的地线端，所述外壳接地保护连接所述网卡和所述开关电源的数字地；以及钳位电路连接所述外网接口与所述外壳接地保护，所述钳位电路用于将外网接口和外壳接地保护之间的电压钳位在一个明确的电压范围内。

在一些实施例中，所述钳位电路与所述网卡接口并联。

在一些实施例中，所述钳位电路包括瞬态抑制二极管，所述瞬态抑制二极管在预定高电压下导通以使所述外网接口与所述外壳接地保护连通。

在一些实施例中，所述钳位电路包括多个与所述外网接口的信号线一一对应的瞬态抑制二极管，所述瞬态抑制二极管的一端与所述外壳接地保护连接、另一端与所述信号线连接。

在一些实施例中，所述钳位电路还包括电容，所述电容设置于所述外壳接地保护与所述瞬态抑制二极管之间。

在一些实施例中，所述钳位电路还包括电阻，所述电阻与所述电容并联。

在一些实施例中，所述外壳接地保护包括数字地和保护地，所述钳位电路与所述保护地连接。

在一些实施例中，所述网卡接口和/或所述开关电源与所述数字地连接。

第二方面，本申请实施例提供一种医疗设备，医疗设备包括如上的工控机。

与现有技术相比，本申请实施例提供的耐压保护电路，通过在外网接口与保护地之间设置钳位电路，能够在输入的电压过高时，利用钳位电路对网卡接口两端的电压进行限压保护，使得网卡接口两端的压降保持在预定电压，避免输入电压过大时损坏网卡接口。通过设置钳位电路的预定电压，使得该预定电压低于网卡的耐压值，即可在电压过大时通过钳位电路导通使得网卡接口两端的电压始终低于其耐压值，在网卡插入网卡接口时能够保障网卡正常运行，避免高电压损坏网卡和网卡接口，实现外网接口与外部电源接口间的耐压保护。在耐压测试时还能够使得网卡接口通过 BF型医疗设备的耐压指标测试，满足耐压指标要求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例提供的耐压保护电路的拓扑图；

图2是图1实施例中，在耐压测试时隔离变压器等效为电容时的电路的压降示意图；

图3是本申请又一实施例提供的钳位电路的电路结构示意图。

附图说明：10、隔离变压器；20、开关电源；30、网卡接口；40、钳位电路；50、外网接口；SC、外壳接地保护；AC1、第一电压；PE、保护地；GND、数字地；Z1、瞬态抑制二极管；C、电容；R、电阻。

具体实施方式

下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本申请进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本申请，而不是限定本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请的更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。

申请人注意到，对于不同类型的医疗设备，需要进行不同规格的耐压测试，以保护操作者，避免产生电击事故。而现有的医疗设备中，其工控机主板内的网卡通常采用的是消费级产品，不具备耐压能力。因而设置有网卡以及外网接口的医疗设备无法满足耐压指标的要求。

为了解决申请人发现的上述技术问题，本申请实施例提供了一耐压保护电路。下面对本申请实施例所提供的耐压保护电路进行介绍。

请参见图1，图1示出了本申请一个实施例提供的耐压保护电路。电路包括网卡接口30、外网接口50、开关电源20、隔离变压器10、外壳接地保护SC以及钳位电路40。

网卡接口30能够与网卡连接，连接方式可以为插拔连接。外网接口 50与网卡接口30连接，并能够与网卡接口30实现信号传输。其中，外网接口50能够与外部网络电缆连接，以使网卡通过外部网络电缆进行网络通信。开关电源20与网卡接口30连接，并可以向网卡接口30进行供电。隔离变压器10设置于外部电源接口与开关电源20之间，将外部电源接口输出的外部交流电压转换为工作电压，并输出至开关电源20。外壳接地保护SC与外部电源接口的地线端连接，外壳接地保护SC还与网卡接口30 和开关电源20连接。

钳位电路40的两端分别与外网接口50和外壳接地保护SC连接，钳位电路40能够在两端施加的电压大于预定电压时导通，以使外网接口50 与外壳接地保护SC通过钳位电路40导通。在外部电源接口与外网接口50 之间的电压过大时，钳位电路40在预定电压下导通，网卡接口30的两端分别与钳位电路40的两端连接，钳位电路40在导通状态下能够将网卡接口30短路，从而避免大电压损坏网卡接口30。

可以理解的是，上述钳位电路40可以为TVS(Transient Voltage Suppressor，瞬态抑制二极管)。TVS可以在瞬时电压超过其击穿电压时，向瞬时电流提供超低电阻通路，以使瞬时电流不经过网卡接口30，直接流向外壳接地保护SC。TVS的击穿电压即为预定电压，在输入电压高于击穿电压时，网卡接口30两端的电压始终保持在预定电压，从而实现网卡接口30的耐压保护。

在对外网接口50与外部电源接口之间进行耐压指标测试时，可以在外网接口50以及外部电源接口的火线端之间施加满足耐压指标的第一电压AC1。此时钳位电路40两端的电压大于预定电压，钳位电路40由截止状态变为导通状态，此时网卡接口30两端的电压大小与TVS的击穿电压相等，在TVS的击穿电压小于网卡的正常耐压值时，可以使得网卡两端的的电压始终保持低于耐压值，从而使得网卡能够保持正常运行。

请参照图2，需要说明的是，在进行耐压测试时，在施加的第一电压 AC1为V总时，隔离变压模块此时可以视为一个等效电容，此时等效电容两端的电压为V1，开关电源20与外壳接地保护SC之间的电压为V2，网卡接口30两端的电压为V3。则有V总＝V1+V2+V3。由于开关电源20内部由于存在大量储能电解电容，则其在回路中所产生的压降较小，即V2 较小。钳位电路40使得网卡接口30两端电压保持预定电压值，即V3始终保持为钳位电路40的预定电压值。因此，隔离变压器10上的压降V1 为耐压测试中所施加的高电压的大部分。若隔离变压器10两端的电压V1 过大，有可能损坏隔离变压器10，导致医疗设备无法正常运行。因此，隔离变压器10可以设置为耐高压的隔离变压器10。例如，在BF型医疗设备中，为满足4000V耐压指标要求，隔离变压器10可以是耐压4000伏的隔离变压器10。即，火线、零线和变压器的接地线之间耐压大于等于4000V，火线、零线和变压器输出端之间耐压大于等于4000V。

在本实施例中，通过设置钳位电路40，能够在输入的电压过高，例如对耐压保护电路中的外网接口50和网卡接口30进行耐压测试时，利用钳位电路40对网卡接口30两端的电压进行限压保护，使得网卡接口30两端的压降保持在预定电压，避免输入电压过大而损坏网卡接口30。通过设置钳位电路40的预定电压，使得该预定电压低于网卡接口30的耐压值，即可在电压过大时通过钳位电路40导通使得网卡接口30两端的电压始终低于其耐压值，在网卡插入网卡接口30时能够保障网卡正常运行，避免高电压损坏网卡和网卡接口30，实现外网接口50与外部电源接口间的耐压保护。

需要说明的是，目前实现耐压保护的主要方式为，在外网接口50与网卡接口30之间设置多个以太网变压器，而设置以太网变压器不仅需要增大设备制造成本，还会导致网络通信的传输速度降低，且多层太网变压器的所承受的电压，在实际上处于未知状态。相比上述耐压保护方案，本申请通过钳位电路40对网卡接口30两端的电压进行钳位限制，不仅能够降低耐压保护的成本，还能够避免以太网变压器对通信传输速度的影响，提升通信传输速度。

在BF型医疗设备中，需要满足4000V耐压指标要求。则外网接口50 以及外部电源接口的火线端之间施加的第一电压AC1为4000V电压时，通过钳位电路40使得网卡接口30两端电压始终低于其耐压值，在网卡接入网卡接口30时能够保持正常运行，使得网卡接口30通过BF型医疗设备的耐压指标测试，满足耐压指标要求。

在一些实施例中，上述钳位电路40可以与网卡接口30并联。网卡接口30的两端分别与外网接口50和外壳接地保护SC连接，钳位电路40能够连接外网接口50与外壳接地保护SC，即钳位电路40与网卡接口30并联。钳位电路40在预定电压下导通时，即可将并联的网卡接口30的两端电压限制在预定电压，从而实现网卡接口30的耐压保护。

在一些实施例中，上述钳位电路40可以包括瞬态抑制二极管Z1，瞬态抑制二极管Z1在负极与正极之间的电压为预定高电压及以上时导通，使得外网接口50与外壳接地保护SC连通。

请参照图2，在一些实施例中，上述钳位电路40可以包括：

瞬态抑制二极管Z1，瞬态抑制二极管Z1的阴极与外网接口50连接，瞬态抑制二极管Z1的阳极与外壳接地保护SC连接。

在外网接口50和外部电源接口的火线端之间施加高电压时，瞬态抑制二极管Z1在高电压下反向击穿，将高压脉冲导向外壳接地保护SC，使得瞬态抑制二极管Z1两端的电压保持在预定电压，该预定电压即为瞬态抑制二极管Z1的击穿电压。由于瞬态抑制二极管Z1与网卡接口30并联，则网卡接口两端的电压也始终保持在预定电压。

如图3所示，在一些实施例中，上述钳位电路40可以包括多个与外网接口50的信号线一一对应的瞬态抑制二极管Z1，瞬态抑制二极管Z1的一端与外壳接地保护SC连接，另一端与对应的信号线连接。可以理解的是，瞬态抑制二极管Z1的正极与外壳接地保护SC连接，负极与对应的信号线连接。在外网接口50的信号线上的电压产生超过预定电压时，瞬态抑制二极管Z1导通，从而将信号线与外壳接地保护SC之间的电压限制在预定电压下。

可以理解的是，J1为外网接口50，J2为网卡接口30，在网卡插入网卡接口30时，可以通过网卡接口30的多个引脚与外网接口50的多个引脚分别对应连接，以实现网络通信。网卡接口30与外网接口50连接的每个信号线上均设置有瞬态抑制二极管Z1，通过多个瞬态抑制二极管Z1能够将所有信号线与外壳接地保护SC之间的电压限制在预定电压下，从而使得插入网卡接口30的网卡能够继续正常运行，避免电压超过管脚的耐压能力而导致网卡接口30损坏。

在外网接口50与外部电源接口的火线端之间产生高电压时，每个瞬态抑制二极管Z1能够对引脚之间的对应连接线进行电压钳位。通过多个瞬态抑制二极管Z1即可将外网接口50与外壳接地保护SC之间的电压限制为瞬态抑制二极管Z1的预定电压，避免外网接口50与网卡接口30的某个连接线电压过高而导致网卡接口30发生损坏。

在一些实施例中，上述钳位电路40还可以包括：

电容C，电容C可以设置于外壳接地保护SC与瞬态抑制二极管Z1之间。

在瞬态抑制二极管Z1的数量与外网接口50的引脚数量对应时，每个瞬态抑制二极管Z1的阳极均通过该电容C与外壳接地保护SC连接。电容 C在钳位电路40中可以起到隔直作用，将钳位电路40中的直流分量转换为电荷进行积累。

在一些实施例中，上述钳位电路40还可以包括：

电阻R，电阻R与电容C并联。

电阻R在钳位电路40中可以作为电容C的放电电阻，对电容C上积累的电荷进行放电。

在一些实施例中，上述钳位电路40还可以为网络信号转接板，网络信号转接板上对外网接口50与网卡接口30的每一条连接线，设置有瞬态抑制二极管Z1，该瞬态抑制二极管Z1的一端与连接线连接，另一端则与外壳接地保护SC连接。可以理解的是，网络信号转接板上还可以设置电容C以及电阻R，以对瞬态抑制二极管Z1所产生的电荷进行放电。

如图2所示，在一些实施例中，上述外壳接地保护SC可以包括数字地GND和保护地PE，该保护地PE与外部电源接口的地线端连接，钳位电路40可以与保护地PE连接，从而在外网接口50与保护地PE之间存在高电压时进行导通，对网卡接口30进行耐压保护。

在一些实施例中，上述网卡接口30可以与数字地GND连接，开关电源20也可以与数字地GND连接。在耐压保护电路设置于工控机时，该数字地GND可以通过工控机的外壳与保护地PE连接。

本申请还提供一种工控机，该工控机包括耐压保护电路，该耐压保护电路的结构可参照上述实施例，在此不再赘述。理所应当地，由于本实施例的工控机采用了上述耐压保护电路的技术方案，因此该工控机具有上述耐压保护电路所有的有益效果。

本申请还提供一种医疗设备，该医疗设备包括工控机。理所应当地，本实施例的医疗设备具有上述工控机所有的有益效果。

以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本申请的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种耐压保护电路，用于实现外网接口与外部电源接口间的耐压保护，其特征在于，包括：

网卡接口，用于连接工控机网卡；

外网接口，用于连接外部网络电缆；

工控机开关电源，用于为工控机上的工控机主板和网卡供电；

隔离变压器，设置于所述外部电源接口与所述开关电源之间；

外壳接地保护，用于将工控机外壳和外部电源接口的地线连接起来，与网卡的数字地连接；

钳位电路，连接所述外网接口与上述外壳接地保护，所述钳位电路用于将外网接口和外壳接地保护之间的电压钳位在一个明确的电压范围内。

2.根据权利要求1所述的耐压保护电路，其特征在于，所述钳位电路与所述网卡接口并联。

3.根据权利要求1所述的耐压保护电路，其特征在于，所述钳位电路包括瞬态抑制二极管，所述瞬态抑制二极管在预定高电压下导通以使所述外网接口与所述外壳接地保护连通。

4.根据权利要求3所述的耐压保护电路，其特征在于，所述钳位电路包括多个与所述外网接口的信号线一一对应的瞬态抑制二极管，所述瞬态抑制二极管的一端与所述外壳接地保护连接、另一端与所述信号线连接。

5.根据权利要求4所述的耐压保护电路，其特征在于，所述钳位电路还包括电容，所述电容设置于所述外壳接地保护与所述瞬态抑制二极管之间。

6.根据权利要求5所述的耐压保护电路，其特征在于，所述钳位电路还包括电阻，所述电阻与所述电容并联。

7.根据权利要求1所述的耐压保护电路，其特征在于，所述外壳接地保护包括数字地和保护地，所述钳位电路与所述保护地连接。

8.根据权利要求7所述的耐压保护电路，其特征在于，所述网卡接口和/或所述开关电源与所述数字地连接。

9.一种医疗设备，其特征在于，所述医疗设备包括权利要求1-8中任一项所述的耐压保护电路。

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