一种防爆电气设备的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种防爆电气设备，该防爆电气设备包括设置在安全区域中的第一器件、暴露在危险区域中的第二器件，第一器件和第二器件通过至少一个数据线连接，而且，第一器件和/或第二器件上作为信号输入的管脚和地之间连接有电容，每个数据线上都设置有本质安全电路，本质安全电路包括连接在第一器件的管脚和第二器件的管脚之间的限流电阻，以及电容值大于所述电容的电容值2.4倍的电容组，而且，电容组与所述限流电阻并联。实施本实用新型的技术方案，使得数据线上的驱动电流变大，抗辐射能力增强，而且，即使两个器件通信的接口速度很高，也能正常工作。
【专利说明】一种防爆电气设备
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电路保护领域，尤其是涉及一种防爆电气设备。
【背景技术】
[0002]本质安全是电气设备的一种防爆型式，它将设备内部和暴露于潜在爆炸性环境的连接导线可能产生的电火花或热效应能量限制在不能产生点燃的水平。
[0003]在具有爆炸性气体或粉尘的危险环境中，例如矿井、油田、面粉加工厂等，所使用的电气电子设备必须具有一定的安全性，在规定条件下不能点燃可燃性气体或粉尘。如何保证设备在这些危险环境中的安全性，是防爆设计所要研究的内容。
[0004]本质安全仪器的原理是通过限制电路的电压或电流，使仪器在各种可能的故障条件下产生的火花或者仪器表面温度不足以点燃爆炸性气体或粉尘。
[0005]比较常见的方式是采用串联限流电阻的方式来限制电路上流入/出危险区域的电流。例如，在DMR(Digital Mobile Radio，数字移动无线电)防爆对讲机中，如图1所示，主板上的大部分电路(包括控制器)被限流电阻等保护器件与外界隔离开，并且被屏蔽罩盖住，且在屏蔽罩内灌满了硅胶以防止火花产生，因此处于安全区域，安全区域内的控制器驱动主板外的显示屏，此显示屏通过板对板连接器(未示出)连接到主板上的控制器。连接器与显示屏暴露在空气中，为了防止在故障条件下暴露在爆炸性气体中的连接器的金属触点或显示屏上的器件短路造成大能量的火花，控制器与显示屏间的进行数据传输的数据线上就串联了一个0603封装(1.6mm*0.8mm)的1.1ΚΩ限流电阻作为防爆保护器件。因为限流电阻使用非常多，在保证限流电阻两端点的间距安全(根据防爆标准，例如《GB3836.4-2010爆炸性环境第4部分:由本质安全型“i”保护的设备》的表5，防爆保护器件的管脚间距要满足安全距离要求)的同时，还要减小限流电阻的尺寸(因为是手持对讲机，对空间限制很大)，因此限流电阻只能使用0603封装的。另外，限流电阻又要能承受电路在故障下施加给它的功率，所以只能选用1.1KΩ的阻值。
[0006]但是，这种保护电路的缺点是，数据线上串联的大阻值的限流电阻使驱动能力变弱，表现为:
[0007]I)显示屏刷屏时，如果附近有大功率的射频辐射，会在数据线上产生小电流，影响控制器输出至显示屏的数据信号，从而导致显示屏会花屏，画面异常；
[0008]2)当控制器的输出信号出现电平变化时，由于大阻值的限流电阻的影响，显示屏的输入信号的电平变化非常的缓慢，如图2所示，在从低电平变高电平时上升时间为240ns，在从高电平变低电平时下降时间为216ns。这样，如果信号频率过高，则LCD无法正常显示。
实用新型内容
[0009]本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述限流电阻导致的驱动能力过弱的缺陷，提供一种驱动能力更强的防爆电气设备。[0010]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种防爆电气设备，包括设置在安全区域中的第一器件、暴露在危险区域中的第二器件，所述第一器件和所述第二器件通过至少一个数据线连接，而且，所述第一器件和/或第二器件上作为信号输入的管脚和地之间连接有电容，每个数据线上都设置有本质安全电路，所述本质安全电路包括连接在所述第一器件的管脚和所述第二器件的管脚之间的限流电阻以及电容值大于所述电容的电容值2.4倍的电容组，而且，所述电容组与所述限流电阻并联。
[0011]在本实用新型所述的防爆电气设备中，所述电容组包括第一电容，所述第一电容与所述限流电阻并联。
[0012]在本实用新型所述的防爆电气设备中，所述电容组包括相串联的第二电容和第三电容，所述第二电容和所述第三电容串联后与所述限流电阻并联。
[0013]在本实用新型所述的防爆电气设备中，所述电容组包括相串联的第四电容、第五电容和第六电容，所述第四电容、第五电容和所述第六电容串联后与所述限流电阻并联。
[0014]在本实用新型所述的防爆电气设备中，所述第二器件的管脚连接有至少一个稳压二极管，所述稳压二极管的阴极连接所述第二器件的管脚，所述稳压二极管的阳极接地。
[0015]在本实用新型所述的防爆电气设备中，所述第一器件为控制器，所述第二器件为显示屏。
[0016]实施本实用新型的技术方案，当在限流电阻上并联了电容组后，在驱动信号高低电平变化时，电容组能给这个电平变化提供一个低阻抗通路，使得数据线上的驱动电流变大，能够抵抗较强功率的辐射，如果是控制器驱动显示屏，则即使在大功率射频辐射下显示屏也不会花屏。而且，即使两个器件通信的接口速度很高，也能正常工作。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中:
[0018]图1是现有技术防爆电气设备的电路图；
[0019]图2是图1中显示屏输入信号的测试图；
[0020]图3是本实用新型防爆电气设备实施例一的电路图；
[0021]图4是图3中控制器输出信号、显示屏输入信号的波形图；
[0022]图5A-图K)是图3中在电容为不同容值时显示屏的输入信号的测试波形图；
[0023]图6是本实用新型防爆电气设备实施例二的电路图。
【具体实施方式】
[0024]首先说明的是，防爆电气设备可以是应用在具有爆炸性气体或粉尘的环境中(例如矿井、油田、面粉加工厂等)的各种防爆电机和防爆电器，而防爆电器又包括:防爆变压器、防爆开关，防爆起动器、防爆继电器、防爆主令电器、防爆制动器、防爆插接电器、防爆接线盒，防爆光声电器、防爆保护装置、防爆配电装置、防爆电控设备、防爆对讲机等。另外还需说明的是，本申请以下所有实施例都以防爆电气设备为防爆对讲机为例进行说明，即，设置在安全区域中的第一器件为控制器，暴露在危险区域中的第二器件为显示屏，而且，控制器通过数据线向显示屏发送至少一个驱动信号，以驱动显示屏进行相应的显示。但本领域技术人员应能理解，在其它实施例中，防爆电气设备也可为其它类型的设备，暴露在危险区域中的第二器件与设置在安全区域中的第一器件通过数据线连接，而且，第一器件可以向第二器件传送数据信号，第二器件也可以向第一器件传送数据信号，电容连接在作为信号输入的管脚和地之间，即，如果第一器件向第二器件传送数据信号，则电容连接在第二器件的相应管脚和地之间；如果第二器件向第一器件传送数据信号，则电容连接在第一器件的相应管脚和地之间。另外，每个数据线上都设置有本质安全电路，该本质安全电路包括限流电阻和电容组，而且，限流电阻连接在第一器件的管脚和第二器件的管脚之间，电容组的电容值大于电容的电容值2.4倍，且电容组与限流电阻并联。
[0025]图3是本实用新型防爆电气设备实施例一的电路图，在该实施例中，防爆电气设备为防爆对讲机，该防爆对讲机包括有设置在安全区域中的第一器件控制器、暴露在危险区域中的显示屏、电容Cl和本质安全电路，控制器通过板对板连接器(未示出)连接到显示屏，而管脚WE为控制器的输出管脚，管脚CON为显示屏的输入管脚。电容Cl连接在显示屏的管脚CON和地之间。而且，该防爆电气设备的本质安全电路包括限流电阻R和电容Cp，其中，限流电阻R连接在控制器的管脚WE和显示屏的管脚CON之间，电容Cp与限流电阻R并联，且电容Cp的电容值为llOOpF，而稳压电容Cl的电容值为30pF。在此需说明的是，虽然图3中仅示出了一个限流电阻，但应理解，若控制器和显示屏之间需要连接多个数据线来传输多个数据信号，则对应有多个限流电阻，而且，每个限流电阻都并联有电容。
[0026]下面说明该本质安全电路的工作原理:相比现有技术，由于增加了电容Cp，在控制器向显示屏输出的信号Uwe高低电平变化时，例如，由高电平变为低电平或由低电平变为高电平，电容Cp对这种瞬变的信号呈现低阻抗，使得数据线上的驱动电流变大，能够抵抗较强功率的辐射，即使在大功率射频辐射下显示屏也不会花屏。而且，显示屏的输入信号的电平变化较快，即使控制器和显示屏进行通信的接口速度很高，也能正常工作。
[0027]结合图4做具体说明如下:控制器的输出信号Uwe为方波，假设控制器的输出信号的高电平VH=3.3V，低电平VL=0V。
[0028]如果控制器的输出信号Uwe从高电平变为低电平，相当于输出信号Uwe由悬空突然接地，而电容Cl的电压不会突变，即近似为3.3V。此时，电容Cl上的电荷先通过电容Cp的ESR (Equivalent Series Resistance,等效串联电阻)快速给电容Cp充电直到电容Cl和电容Cp的电压相等，且都为11_。根据电荷守恒:C1*3.3V= (Cp+C1)*UC0N,因此可得到变化后的输出信号，即显示屏的管脚CON的输入信号Ucon=3.3V*C1/ (Cp+Cl)。然后电容Cl再通过限流电阻R缓慢放电到0V。如果Cp?Cl，则Ucon ^ 0V,在该实施例中，Cp=1100pF，Cl=30pF。
[0029]如果控制器的输出信号Uwe从低电平变为高电平，相当于控制器的管脚WE由OV突然跳到3.3V，而电容Cl的电压不会突变，即为0V。此时，输出信号Uwe的高电平通过电容Cp的ESR和电容Cl的ESR快速对电容Cl进行充电，根据电荷守恒:3.3V*(Cp*Cl)/(Cp+Cl) =C1*UC0N,因此可得到变化后的输出信号，即显示屏的管脚CON的输入信号Ucon=3.3V*Cp/(Cp+Cl)，如果Cp?Cl，则Ucon ^ 3.3V。然后，输出信号Uwe的高电平再通过限流电阻R缓慢给电容Cl充电到3.3V。
[0030]如图4所示，经对比无电容Cp和有电容Cp时显示屏的管脚CON分别所对应的输入信号Ucon可知，当添加了电容Cp后，电容Cp能提供一个低阻抗通路，使得控制器向显示屏输出的驱动电流变大，能够抵抗较强功率的辐射，如果显示屏连接的是显示屏，则显示屏不会花屏。而且，显示屏的输入信号的电平变化较快，即使显示屏和控制器之间的为高速接口，也能正常工作。
[0031]图5A-图K)是图3中在电容为不同容值时显示屏的输入信号的测试波形图，图5A中无电容，图5B中电容Cp为IOOpF，图5C中电容Cp为390pF，图5C中电容Cp为100000pF。对比图5A-图K)，可以看到，电容Cp的电容值越大，显示屏的管脚CON的输入信号的波形越接近方波，控制器向显示屏输出的驱动电流越大，能够抵抗越强功率的辐射，而且，让数据线的状态转化到确定的高电平或低电平的时间越短。
[0032]图6是本实用新型防爆电气设备实施例二的电路图，该防爆电气设备包括有控制器、显示屏、电容Cl、稳压二极管DE315、DE316和本质安全电路，控制器与显示屏相连。电容Cl连接在显示屏的管脚CON和地之间。而且，该防爆电气设备的本质安全电路包括限流电阻R和相串联的电容Cpl、Cp2，其中，限流电阻R连接在控制器的管脚WE和显示屏的管脚CON之间，电容Cpl、Cp2串联后与限流电阻R并联，且电容Cpl、Cp2的电容值分别为2200pF，而电容Cl的电容值为10pF。稳压二极管DE315、DE316的阳极分别接地，稳压二极管DE315、DE316的阴极分别接显示屏的管脚C0N，需说明的是，在其它实施例中，稳压二极管DE315、DE316可省去一个或两个，当然，稳压二极管的数量还可以大于两个。其工作原理与图3所示的实施例一相同，在此不做赘述。但与图3所示的实施例所不同的是:图3所示的实施例适用于“ic”防爆等级，而图4所示的实施例适用于“ib”防爆等级，即，在其中一个电容Cpl或Cp2发生短路故障后，该本质安全电路依然能增大驱动电流，且能快速地使数据线的状态转化到确定的高电平或低电平。当然，对于“ia”防爆等级，可在限流电阻R上并联三个串联的电容。最后还需要说明的是，对于每个防爆等级中的每一个电容，都可由多个串联、并联、混合联的电容组成的电容组来替代。
[0033]以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改、组合和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。
【权利要求】
1.一种防爆电气设备，其特征在于，包括设置在安全区域中的第一器件、暴露在危险区域中的第二器件，所述第一器件和所述第二器件通过至少一个数据线连接，而且，所述第一器件和/或第二器件上作为信号输入的管脚和地之间连接有电容，每个数据线上都设置有本质安全电路，所述本质安全电路包括连接在所述第一器件的管脚和所述第二器件的管脚之间的限流电阻，以及电容值大于所述电容的电容值2.4倍的电容组，而且，所述电容组与所述限流电阻并联。
2.根据权利要求1所述的防爆电气设备，其特征在于，所述电容组包括第一电容，所述第一电容与所述限流电阻并联。
3.根据权利要求1所述的防爆电气设备，其特征在于，所述电容组包括相串联的第二电容和第三电容，所述第二电容和所述第三电容串联后与所述限流电阻并联。
4.根据权利要求1所述的防爆电气设备，其特征在于，所述电容组包括相串联的第四电容、第五电容和第六电容，所述第四电容、第五电容和所述第六电容串联后与所述限流电阻并联。
5.根据权利要求1所述的防爆电气设备，其特征在于，所述第二器件的管脚连接有至少一个稳压二极管，而且所述稳压二极管的阴极连接在所述第二器件的管脚，所述稳压二极管的阳极接地。
6.根据权利要求1所述的防爆电气设备，其特征在于，所述第一器件为控制器，所述第二器件为显示屏。
【文档编号】H02H9/02GK203607833SQ201320666238
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年10月25日 优先权日:2013年10月25日
【发明者】卯跃, 陈超祖, 符昌述, 尤国雄 申请人:海能达通信股份有限公司