CN216355138U - 隔离连接器及电子系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种隔离连接器及电子系统。第一设备上设置第一隔离连接器，该第一隔离连接器包括：第一电源转换单元、第一绕组单元、第一电阻单元、第一光电三极管及信号检测单元；其中，第一绕组单元及第一光电三极管所在位置均形成用于插接第二设备的第一构造，第一光电三极管基于第二设备输出的光信号切换导通状态，如此，可以避免基于直接电气接触的方式传输数据，可以有效杜绝因接触电阻导致的可靠性差的缺陷，此外，由于不需要电气接触，可以有效提升第一隔离连接器与第二隔离连接器插接连接的防护性能。

Description

隔离连接器及电子系统

技术领域

本申请涉及电气连接领域，具体涉及一种隔离连接器及电子系统。

背景技术

相关技术中，电气设备或仪器仪表往往需要与外部单元进行连接，例如，设备间的信息交换、外部状态数据采集及接收控制指令等。目前，市面流行的连接器多数是直接电气接触式的，这种连接器的基本结构形式是插座插头的形式，利用插针插孔直接电接触的方式实现电源提供和信号传输，这类靠直接电接触的结构形式注定了在低压微电流状况下，必须要求插针与插孔有非常稳定牢靠的接触，且接触电阻还必须非常小，接触表面耐腐蚀性要高等。

相关技术中，一般采用如图1所示的插接件实现电连接，各插接件的差异往往在于芯数多少。如图1及图2所示，插接件分为插头1和插座2两个部分，通常插座2安装在设备外壳上，插座2通过插座连接件21与设备的内部电路相连接，插头1通过插头连接件11与外部电缆连接。为了连接处牢靠，通常外部电缆与插头1固定。正常连接时，插头1的插针12会插入插座2的插孔22中，使得设备的内部电路与电缆连接的外部单元建立电气连接。

在低压微电流的电气连接中，对插接件(例如，航空插头)的连接性能提出了较高的性能要求，首先是接触电阻要小，其次是耐用性及三防要求高，这些高性能要求给插接件的制作带来了不少困难。如何权衡成本与价格是摆在每个厂家和使用者面前的难题。

当前，厂家往往在减少插针与插孔的接触电阻上进行研究，例如，采用了各种涂层工艺来保证接触性能，虽然可以有效减少接触电阻，但其成本却与普通的插接件相差数十倍，而且这类插头插座方式也不利于防水等防护功能，市面上在用的航空插头或多或少都存在一些令人不如意的地方，不是成本太高就是质量不可靠。亟需设计一种信息传递可靠，防护级别高的插头插座产品。

实用新型内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种隔离连接器及电子系统，旨在满足数据传输要求的同时，提高插接件连接的防护性能。

本申请实施例的技术方案是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供了一种第一隔离连接器，应用于第一设备，包括：

第一电源转换单元，连接所述第一设备的工作电源，用于将所述工作电源转换为交流电输出；

第一绕组单元，连接所述第一电源转换单元的输出端，用于以电磁感应的方式输出电能；

第一电阻单元，所述第一电阻单元的第一端连接所述第一设备的工作电源的正极；

第一光电三极管，所述第一电阻单元的第二端经所述第一光电三极管接地；

信号检测单元，所述信号检测单元的输入端连接所述第一电阻单元的第二端，所述信号检测单元的输出端连接所述第一设备的输入端口；

其中，所述第一绕组单元及所述第一光电三极管所在位置均形成用于插接第二设备的第一构造，所述第一光电三极管基于所述第二设备输出的光信号切换导通状态。

在一些实施例中，所述第一隔离连接器还包括：

第一发射单元，连接所述第一设备的输出端口，用于以光信号的形式生成并发送指令。

在一些实施例中，所述第一设备为主设备，所述第一发射单元包括：

连接所述第一设备的控制端口的第一发光二极管；

连接所述第一设备的信号发射端口的第二发光二极管。

第二方面，本申请实施例还提供了一种第二隔离连接器，应用于第二设备，包括：

第二绕组单元，用于以电磁感应的方式接收电能；

第二电源转换单元，连接所述第二绕组，用于将接收的电能转换为所述第二设备的工作电源；

第二发射单元，连接所述第二设备的输出端口；

其中，所述第二绕组单元及所述第二发射单元所在位置均形成用于插接第一设备的第二构造，所述第二发射单元基于所述第二设备的输出信号输出光信号。

在一些实施例中，所述第二设备为开关量输出设备。

在一些实施例中，所述第二设备为频率量输出设备。

在一些实施例中，所述第二设备包括：模拟量获取单元及模拟量检测及频率量输出单元，所述模拟量检测及频率量输出单元用于将所述模拟量获取单元获取的模拟量转换为频率量输出。

在一些实施例中，所述第二隔离连接器还包括：

连接所述第二设备的控制端口的第二光电三极管；

连接所述第二设备的信号接收端口的第三光电三极管。

第三方面，本申请实施例提供了一种电子系统，包括：第一设备及第二设备，所述第一设备上设置本申请实施例第一方面所述的第一隔离连接器，所述第二设备上设置本申请实施例第二方面所述的第二隔离连接器；其中，所述第一隔离连接器与所述第二隔离连接器插接连接。

在一些实施例中，所述第一隔离连接器为插座构造，所述第二隔离连接器为插头构造；或者，所述第一隔离连接器为插头构造，所述第二隔离连接器为插座构造。

本申请实施例提供的技术方案，第一设备上设置第一隔离连接器，该第一隔离连接器包括：第一电源转换单元、第一绕组单元、第一电阻单元、第一光电三极管及信号检测单元；其中，第一绕组单元及第一光电三极管所在位置均形成用于插接第二设备的第一构造，第一光电三极管基于第二设备输出的光信号切换导通状态，如此，可以避免基于直接电气接触的方式传输数据，可以有效杜绝因接触电阻导致的可靠性差的缺陷，此外，由于不需要电气接触，可以有效提升第一隔离连接器与第二隔离连接器插接连接的防护性能。

附图说明

图1为相关技术中插接件的插头和插座的结构示意图；

图2为相关技术中插座的平面结构示意图；

图3A至3D是本申请实施例电子设备与外部设备之间连接的场景示意图；

图4为本申请实施例第二设备向第一设备传递开关量的结构示意图；

图5为本申请实施例第二设备向第一设备传递频率量的结构示意图；

图6为本申请实施例第二设备向第一设备传递模拟量的结构示意图

图7为本申请实施例第一设备与第二设备间双向传递信号的结构示意图；

图8为本申请一应用实施例第一隔离连接器与第二隔离连接器插接连接的结构示意图。

附图标记说明：

1、插头；2、插座；

11、插头连接件；12、插针；

21、插座连接件；22、插孔；

300、第一隔离连接器；301、第一电源转换单元；

302、第一绕组单元；303、第一电阻单元；304、第一光电三极管；

305、信号检测单元；306、第一发射单元；

3061、第一发光二极管；3062、第二发光二极管；

400、第一设备；

500、第二隔离连接器；501、第二绕组单元；502、第二电源转换单元；

503、第二发射单元；504、第二光电三极管；

505、第三光电三极管；506、信号处理单元；

600、第二设备。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述，所描述的实施例不应视为对本申请的限制，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。

在本申请的描述中，所涉及的术语“第一、第二”等仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一、第二”等在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。除非另有说明，“多个”的含义是至少两个。

本申请实施例中，电子设备与外部设备之间的电气连接可以理解为传递低压微电流信号的连接，不涉及动力电源这类大电流电源与用电设备之间的连接。

在对本申请实施例隔离连接器进行说明之前，先对应用本申请实施例电子设备与外部设备之间连接的各种场景进行举例说明。

如图3A至图3D所示，电子设备与外部设备之间连接的各种场景可以归纳为如下四类：外部设备B向电子设备A传递开关量信号、外部设备B向电子设备A传递频率量信号、外部设备B向电子设备A传递模拟量信号及外部设备B与电子设备A之间进行双向数据传输。

可以理解的是，对于图3A所示的场景，是指电子设备A需要获取的外部的开关状态，例如，设备限位状态、控制开关状态及按钮指令等；对于图3B所示的场景，是指电子设备A需要获取的外部的频率量大小，例如，外部设备B检测的各种频率量数值大小；对于图3C所示的场景，是指电子设备A需要获取外部设备B检测的各种物理量值；对于图3D所示的场景，是指电子设备A和外部设备B都各自构成系统，但它们之间需要实现以通讯方式进行数据交换，以达到某些运行控制目的。

需要说明的是，图3A至图3C所示的场景中，信号都是单向传递的，即都是由外部设备B传送给电子设备A。图3D所示的场景则需双向传输数据，即可以由外部设备B传递数据给电子设备A，亦可以由电子设备A传递数据给外部设备B，其中，传递的数据可以为前述的开关量信号、频率量信号或者模拟量信号，在此不做限定。

本申请各种实施例中，针对低压微电流的电气连接场景，为了有效避免接触电阻导致的连接可靠性的问题，并满足耐用性、三防等要求，对插接件采用光电隔离方式传输信号，而不是通过直接的电气接触的方式，如此，既能满足连接性能要求，又能满足防护性能要求。

如图4所示，本申请实施例提供了一种第一隔离连接器300，应用于第一设备400，该第一隔离连接器300包括：第一电源转换单元301、第一绕组单元302、第一电阻单元303、第一光电三极管304及信号检测单元305。第一电源转换单元301连接第一设备400的工作电源Vcc，用于将工作电源Vcc转换为交流电输出；第一绕组单元302连接第一电源转换单元301的输出端，用于以电磁感应的方式输出电能；第一电阻单元303的第一端连接第一设备400的工作电源Vcc的正极；第一电阻单元303的第二端经第一光电三极管304接地；信号检测单元305的输入端连接第一电阻单元303的第二端，信号检测单元305的输出端连接第一设备400的输入端口；其中，第一绕组单元302及第一光电三极管304所在位置均形成用于插接第二设备600的第一构造，第一光电三极管304基于第二设备600输出的光信号切换导通状态。

示例性地，如图2所示，第二隔离连接器500应用于第二设备600，该第二隔离连接器500包括：第二绕组单元501、第二电源转换单元502及第二发射单元503。第二绕组单元501用于以电磁感应的方式接收电能；第二电源转换单元502连接第二绕组，用于将接收的电能转换为第二设备600的工作电源；第二发射单元503连接第二设备600的输出端口；其中，第二绕组单元501及第二发射单元503所在位置均形成用于插接第一设备400的第二构造，第二发射单元503基于第二设备600的输出信号输出光信号。

这里，第一设备400可以为主设备，例如，各种家电用电设备或者工业用电设备，第二设备600可以为从设备，例如，可以向第一设备400提供相关的检测量信号，该检测量信号可以为开关量、频率量及模拟量信号中的至少一种。

示例性地，第一隔离连接器300为插座构造，第二隔离连接器500为插头构造；或者，第一隔离连接器300为插头构造，第二隔离连接器500为插座构造。

可以理解的是，第二发射单元503可以与发光二极管，第一隔离连接器300与第二隔离连接器500插接连接后，该发光二极管可以与第一光电三极管304正对，从而实现光电隔离式的信号传递。

如图4所示，第一设备400的工作电源Vcc经第一电源转换单元301处理后给第一绕组单元302供电，该第一电源转换单元301可以为逆变器，将直流电源转换为交流电输出。该第一绕组单元302与第二隔离连接器500的第二绕组单元501相对，从而使得第一绕组单元302与第二绕组单元501形成类似变压器的电磁感应结构，第二绕组单元501感应输出电能，以给第二设备600供电。

第一电阻单元303的第一端连接第一设备400的工作电源的正极，第二端连接到第一光电三极管304的集电极，第一光电三极管304的发射极接地。此外，第一电阻单元303的第二端还连接信号检测单元305，信号检测单元305的输出端连接第一设备400的输入端口。

可以理解的是，当第一设备400正常工作时，工作电源Vcc的一路连接到第一电阻单元303上，另一路通过第一电源转换单元301驱动第一绕组单元302，此时，第二隔离连接器500的第二绕组单元501将得到感应电，经过第二电源转换单元502转换后，提供第二发射单元503需要的工作电流。这里，第二电源转换单元502可以为整流桥电路，以将第二绕组单元501感应的交流电转换为第二设备600工作所需的直流电。如此，第二设备600可以不用单独供电。

第二发射单元503可以为由第二设备600的开关量驱动，例如，第二发射单元503可以为由开关量驱动的发光二极管，当第二设备600的外部开关断开时，第二发射单元503处于关闭状态；当外部开关接通时，第二发射单元503处于发射状态。该第二发射单元503的工作状态将影响第一光电三极管304的通断，当第二发射单元503处于发射状态时，第一光电三极管304接通，在第一电阻单元303的作用下，信号检测单元305的输入端为低电平；当第二发射单元503处于关闭状态时，第一光电三极管304将断开，在第一电阻单元303的作用下，信号检测单元305的输入端为高电平。也就是说，外部开关的通断就决定了信号检测单元305的输入端是高电平还是低电平。示例性地，该信号检测单元305可以将该电平经过波形整理后，提供给第一设备400，例如，可以提高电平信号的检测灵敏度，以减少光衰的影响，从而可以非接触而检测到第二设备600的开关量的通断，避免接触问题带来的连接件可靠性的问题。

需要说明的是，由于第一隔离连接器300与第二隔离连接器500的插接方式，可以避免基于直接电气接触的方式传输数据，可以有效杜绝因接触电阻导致的可靠性差的缺陷，此外，由于不需要电气接触，可以有效提升第一隔离连接器300与第二隔离连接器500插接连接的防护性能。

在一实施例中，如图5所示，第二设备600可以为频率量输出设备。

可以理解的是，图5所示的场景中，第二设备600用于向第一设备400传递频率量信号。该第二设备600可以包括用于检测并生成频率量的传感器，例如，检测温度、湿度、压力等环境参数中的至少一种并输出频率量的传感器。需要说明的是，该传感器需要由第二电源转换单元502供电。图5所示的电路结构可以参照图4的描述，在此不再赘述。

在一实施例中，如图6所示，第二设备600还可以包括用于检测模拟量的传感器，检测温度、湿度、压力等环境参数中的至少一种并输出模拟量的传感器。需要说明的是，在模拟量检测中，若采用直接线性隔离模拟量的方式往往成本太高，多数在精度要求不太高的情况下是通过模拟量转频率的方式来达到模拟量的数字化传输的目的，基于此，本申请实施例中，第二设备600包括：模拟量获取单元及模拟量检测及频率量输出单元，模拟量检测及频率量输出单元用于将模拟量获取单元获取的模拟量转换为频率量输出，如此，即可基于频率量的传递实现数据传输的目的。

在一些实施例中，为了实现第一设备400与第二设备600之间基于光电隔离方式实现双向数据传输的目的。第一隔离连接器300还包括：第一发射单元306，连接第一设备400的输出端口，用于以光信号的形式生成并发送指令。相应地，第二隔离连接器500还包括：用于接收光信号的接收单元。

如图7所示，在一实施例中，第一设备400为主设备，第二设备600为从设备，第一发射单元306包括：连接第一设备400的控制端口C1的第一发光二极管3061；及连接第一设备400的信号发射端口S1的第二发光二极管3062。第二隔离连接器500还包括：连接第二设备600的控制端口C2的第二光电三极管504；及连接第二设备600的信号接收端口R2的第三光电三极管505。

示例性地，当第一设备400需要向第二设备600发送数据时，第一设备400中的控制端口C1给出第一使能信号，第一发光二极管3061将第一使能信号传递给第二光电三极管504，并经第二光电三极管504将该第一使能信号传递给第二设备600的控制端口C2，第二设备600将设置数据接收端口R2做好接收数据的准备，此时，第一设备400的数据发送端口S1将按照预定数据格式发送数据，该数据经过第二发光二极管3062、第三光电三极管505传递至第二设备600的数据接收端口R2，即第一设备400向第二设备600进行数据发送，第一设备400就完成了一次数据发送过程。

示例性地，当第一设备400需要接收第二设备600发送的数据时，第一设备400中的控制端口C1给出第二使能信号，第一发光二极管3061将第二使能信号传递给第二光电三极管504，并经第二光电三极管504将该第二使能信号传递给第二设备600的控制端口C2，第二设备600将设置数据发送端口S2做好发送数据的准备，此时，第二设备600的数据发送端口S2将按照预定数据格式发送数据，该数据经过第二发射单元503、第一光电三极管304传递至第一设备400的数据接收端口R1，即第二设备600向第一设备400进行数据发送，第一设备400就完成了一次数据接收过程。

本申请实施例提供了一种电子系统，包括：第一设备400及第二设备600，第一设备400上设置本申请实施例前述的第一隔离连接器300，第二设备600上设置本申请实施例前述的第二隔离连接器500；其中，第一隔离连接器300与第二隔离连接器500插接连接。

示例性地，第一隔离连接器300为插座构造，第二隔离连接器500为插头构造；或者，第一隔离连接器300为插头构造，第二隔离连接器500为插座构造。

可以理解的是，采用插头插座隔离的形式，能满足大多数第一设备400与第一设备400的连接应用，包括开关指令检测、频率量检测、模拟量检测以及在多数速度要求不是极高的通讯连接等场景。

需要说明的是，当第一设备400与第二设备600间需要双向数据通讯时，插座与插头内分别都需要设置发射单元与接收单元。该发射单元与接收单元对应成组设置。可以理解的是，插头与插座间的发射单元与接收单元的组数可以为多组，从而实现多组信号的传递，本申请实施例对此不做限定。

需要说明的是，第一设备400还可以与多个第二设备600进行数据交互，此时，第一设备400的第一隔离连接器300可以与多个第二隔离连接器500插接连接，各第二隔离连接器500与第二设备600一一对应设置。示例性，各第二设备600可以共用电源，或者单独供电。若共用电源，即可同时由插头内的接收绕组统一供电；若多个第二设备600单独供电，则可以在插头内设置多个不同的电源接收绕组(即第二绕组单元501)及相应的电源处理单元(即第二电源转换单元502)即可。

本申请实施例中，第一隔离连接器300与第二隔离连接器500之间通过插接连接及光电隔离方式传输数据，有效杜绝了接触电阻导致的信息传输可靠性的问题；此外，由于采用插头插座相配合的形式，接收单元与发射单元都安装于插座与插头内部，外界对其传输性能的干扰小，三防性能高且对环境适应能力强；再次，由于采用感应供电方式，使得第一设备400与外界无任何形式的电气直接联系，可以让主设备完全与外界的电气隔离，提高了系统的可靠性与稳定性，减少了外部环境对电气系统的干扰。

图8给出了一应用实施例中，第一隔离连接器300与第二隔离连接器500插接配合的示意图。其中，第一隔离连接器300为插座，第二隔离连接器500为插头。

插座内设置前述的第一电源转换单元301、第一绕组单元302、第一电阻单元303、第一光电三极管304、信号检测单元305、第一发光二极管3061及第二发光二极管3062等。插头内设置前述的第二绕组单元501、第二电源转换单元502、第二发射单元503、第二光电三极管504及第三光电三极管505等。其中，第二绕组单元501及第二电源转换单元502为两组，还可根据实际需要设置若干组感应电源或不设置感应电源线圈，插头内还安装与发射单元及接收单元连接的信号处理单元506，该信号处理单元506可以接收第二设备600传递的信号或者向第二设备600传递信号。需要说明的是，可以按照设备外接及通讯形式的需要来设置插座和插头内各发射单元及接收单元的数量。

可以理解的是，当插头与插座安装到位后，第一设备400提供的电源供电给插座的第一电源转换单元301，并经第一绕组单元302与第二绕组单元501的电磁感应实现电能传递，插座侧的两个第二绕组单元501产生感应电后，分别经两个第二电源转换单元502调节后供给信号处理单元506,，该信号处理单元506控制第二发射单元503、第二光电三极管504及第三光电三极管505工作。第一设备400的信号进入信号检测单元305，分别控制插座侧的第一光电三极管304、第一发光二极管3061及第二发光二极管3062工作。

可以理解的是，若第一设备400处于接收外部数据的状态，信号处理单元506将根据第二设备600送来的信号来控制第二发射单元503的状态，经过第一光电三极管304将数据传递给信号检测单元305，并进一步传送给第一设备400。

可以理解的是，若第一设备400处于向外部发送数据的状态，信号检测单元305将驱动第一发光二极管3061和第二发光二极管3062按控制要求通断，将数据发出，由第二光电三极管504和第三光电三极管505接收，信号处理单元506将得到的数据传送给第二设备600。

需要说明的是，根据通讯形式的不同，插座和插头内设置的发射和接收管多寡不一，本领域技术人员可以根据需求进行合理设置，在此不做限定。

需要说明的是：本申请实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但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披露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种第一隔离连接器，应用于第一设备，其特征在于，包括：

第一电源转换单元，连接所述第一设备的工作电源，用于将所述工作电源转换为交流电输出；

第一绕组单元，连接所述第一电源转换单元的输出端，用于以电磁感应的方式输出电能；

第一电阻单元，所述第一电阻单元的第一端连接所述第一设备的工作电源的正极；

第一光电三极管，所述第一电阻单元的第二端经所述第一光电三极管接地；

信号检测单元，所述信号检测单元的输入端连接所述第一电阻单元的第二端，所述信号检测单元的输出端连接所述第一设备的输入端口；

其中，所述第一绕组单元及所述第一光电三极管所在位置均形成用于插接第二设备的第一构造，所述第一光电三极管基于所述第二设备输出的光信号切换导通状态。

2.如权利要求1所述的第一隔离连接器，其特征在于，所述第一隔离连接器还包括：

第一发射单元，连接所述第一设备的输出端口，用于以光信号的形式生成并发送指令。

3.如权利要求2所述的第一隔离连接器，其特征在于，所述第一设备为主设备，所述第一发射单元包括：

连接所述第一设备的控制端口的第一发光二极管；

连接所述第一设备的信号发射端口的第二发光二极管。

4.一种第二隔离连接器，应用于第二设备，其特征在于，包括：

第二绕组单元，用于以电磁感应的方式接收电能；

第二电源转换单元，连接所述第二绕组，用于将接收的电能转换为所述第二设备的工作电源；

第二发射单元，连接所述第二设备的输出端口；

其中，所述第二绕组单元及所述第二发射单元所在位置均形成用于插接第一设备的第二构造，所述第二发射单元基于所述第二设备的输出信号输出光信号。

5.如权利要求4所述的第二隔离连接器，其特征在于，

所述第二设备为开关量输出设备。

6.如权利要求4所述的第二隔离连接器，其特征在于，

所述第二设备为频率量输出设备。

7.如权利要求6所述的第二隔离连接器，其特征在于，

所述第二设备包括：模拟量获取单元及模拟量检测及频率量输出单元，所述模拟量检测及频率量输出单元用于将所述模拟量获取单元获取的模拟量转换为频率量输出。

8.根据权利要求4所述的第二隔离连接器，其特征在于，所述第二隔离连接器还包括：

连接所述第二设备的控制端口的第二光电三极管；

连接所述第二设备的信号接收端口的第三光电三极管。

9.一种电子系统，其特征在于，包括：第一设备及第二设备，所述第一设备上设置如权利要求1至3任一项所述的第一隔离连接器，所述第二设备上设置如权利要求4至8任一项所述的第二隔离连接器；其中，所述第一隔离连接器与所述第二隔离连接器插接连接。

10.根据权利要求9所述的电子系统，其特征在于，

所述第一隔离连接器为插座构造，所述第二隔离连接器为插头构造；或者，

所述第一隔离连接器为插头构造，所述第二隔离连接器为插座构造。

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