一种基于光电隔离电路和防雷电路的万能保护器的制造方法
【专利说明】一种基于光电隔离电路和防雷电路的万能保护器
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及通讯与防雷技术领域，具体涉及一种基于光电隔离电路和防雷电路的万能保护器。
【背景技术】
[0003]两台通信设备相连时，常常由于各自的接地系统不同，地线上的电压就会存在差异。当地线之间的电压差超过50V (经常会达到80V以上)时，RS232通信就会不正常，严重时会导致接口甚至设备损坏。
[0004]传统上解决此问题的办法是使用光电隔离器，但是光电隔离器本身经受浪涌冲击的能力就不足，遇到较大的浪涌时，光电隔离器很容易损坏。如果只用浪涌保护器来防止浪涌，它又不能消除地线之间的电压差；如果使用光电隔离器加一个单独的浪涌保护器，这样就增加的系统的复杂性，提高了成本。更重要的是，光电隔离器和浪涌保护器两者之间的配合是一个难题，配合不好就不能起到很好的防护效果甚至影响正常的通讯，光电隔离器和后端的设备仍旧得不到有效的保护。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是:如何将光电隔离器和浪涌保护器合二为一，保证两者的级联配合、互不干扰。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:
一种基于光电隔离电路和防雷电路的万能保护器，包括输入端、光电隔离电路、防雷电路和取电电路，其特征是:光电隔离电路经连接电路(2)与防雷电路连接；电信号经光电隔离电路(I)消除地线回路电压差异，再经连接电路(2)输出单向整流电信号至防雷电路
(3);或电信号输入防雷电路(3)泄放浪涌脉冲，再经连接电路(2)输出单向整流电信号至光电隔离电路(I)。
[0007]在本发明中，取电电路(4、5)分别从输入端和防雷电路中取电输入光电隔离电路
(I)
在本发明中，所述的连接电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，第一二极管的阴极与光电隔离电路(I)中光电耦合器的输入端相连，第二二极管的阴极与光电隔离电路(I)中光电親合器的光敏晶体管的输入端相连，第三二极管的阳极与光电隔离电路(I)中光电耦合器的发光二极管的阴极相连，第四二极管的阳极与光电隔离电路(O中光电親合器的光敏晶体管的输出端相连。
[0008]在本发明中，所述防雷电路包括抗浪涌电阻R3、抗浪涌电阻R4、双向瞬态二极管TVSl和双向瞬态二极管TVS2、气体放电管V1、气体放电管V2，双向瞬态二极管TVSl和双向瞬态二极管TVS2选择瞬时功率600W以上的且击穿电压大于信号工作电压的双向瞬态二极管，气体放电管V1、气体放电管V2为能承受5KA以上的电流冲击的气体放电管。
[0009]在本发明中，所述光电隔离电路包括电荷栗电压反转器、光电耦合器、二极管、电容、电阻，其中二极管为频率60KHZ以上的二极管。
[0010]本发明的有益效果表现在:
一、系统更简单，降低了生产成本，在光电隔离的基础上再加上合理的浪涌保护功能，能够明显的提尚RS232通彳目系统的可靠性和稳定性；
二、采用窃电技术，直接从信号上取电，产品无需外部电源；
三、传输速率快，可达300bps-57600bps，异步全双工全透明传输；
四、隔离电压高，可达2500Vrms脉冲或500VDC连续电压；
五、防雷功能强，最大可承受5KA雷电流；
六、减小光电隔离部分损坏的概率，消除避雷器残压的概念，整个产品做到“零残压”。
【附图说明】
[0011 ] 图1为本发明的电路结构图
图中I为光电隔离电路、2为连接电路、3防雷电路、4和5为取电电路；
图2为本发明的具体电路图。
【具体实施方式】
[0012]下面将结合附图及【具体实施方式】对本发明作进一步的描述。
[0013]参照图1，基于光电隔离电路和防雷电路的万能保护器，包括输入输出端子、光电隔离电路、防雷电路和取电路，其特征是:电信号经光电隔离电路(I)消除了地线回路电压差异，与连接电路(2)相连，从连接电路输出的电信号输入防雷电路(3)，防雷电路吸收外线传导进来的感应雷击等浪涌脉冲；取电电路(4、5)分别从输入端和防雷电路中取电输入光电隔离电路(I)。
[0014]结合图2，光电隔离电路(I)由光耦U1、U2、U3、U4，电阻R1、R2组成；连接电路(2)由D5、D6、D7、D10四个特定方向的二极管组成;防雷电路(3)由R3、R4、TVS1、TVS2、V1、V2组成;左边的取电电路(4)01、02、03、04、(:1、02、03、1]5组成；右边的取电电路(5) D8、D9、Dll、D12、C4、C5、C6、U6 组成。
[0015]实施例一
将本电路两端连接到通讯设备时，电容C1、C5带上负电压，C2、C4带上正电压。当左边3脚(TXD)发送一个高电平时，光耦U4工作，将C4上的正电压传到右边端子的3脚(TXD)。当左端3脚发送一个低电平时，光耦U2工作，将C5上的负电压传到右边端子的3脚(TXD)。从右端传输到左端的原理也是一样。
[0016]本发明的输入输出部分形式不限，可以是压接式端子，也可以使DB9针连接器等，对电路性能没有影响。
[0017]实施例二
连接电路部分，为了保证信号的顺利传输，此二极管的频率需高于信号传输的频率，即为60KHZ以上。同时，需要利用二极管的反相耐压特性保护光耦器件，这就要求此此二极管的反响击穿电压需要达到50V以上。本电路中D1—D12所有的二极管都是选用的是1N4148，频率能到达10KHZ以上，反响击穿电压75V。所述的连接电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，第一二极管的阴极与光电隔离电路中光电耦合器的输入端相连，第二二极管的阴极与光电隔离电路中光电親合器的光敏晶体管的输入端相连，第三二极管的阳极与光电隔离电路中光电耦合器的发光二极管的阴极相连，第四二极管的阳极与光电隔离电路中光电親合器的光敏晶体管的输出端相连。
[0018]实施例三
防雷电路部分，所述防雷电路包括抗浪涌电阻R3、抗浪涌电阻R4、双向瞬态二极管TVSl和双向瞬态二极管TVS2、气体放电管V1、气体放电管V2，双向瞬态二极管TVSl和双向瞬态二极管TVS2选择瞬时功率600W以上的且击穿电压大于信号工作电压的双向瞬态二极管，气体放电管V1、气体放电管V2为能承受5KA以上的电流冲击的气体放电管。当雷电流通过连接电缆输入到本产品右端时，电压电流值将大大超过信号本身，如果不加防雷保护电路，后级的光耦等器件必然会损坏。当电流电压值达到防雷电路的启动条件，浪涌保护器前端的气体放电管V1、V2导通，将雷电流的能量泄放到V2右端的地线上。V1、V2为气体放电管，是前级放电器件，要求能承受5KA以上的电流冲击。R3、R4是抗浪涌电阻，为前后级的隔离器件，保证雷电流尽量在前级的气体放电管上泄放，由于它是串联在信号线上，为保证信号的正常传输，电阻值应尽量小。TVSl和TVS2是双向瞬态二极管，是后级放电器件，将前级未泄放完的能量进行再次泄放，保证信号线之间或信号线对地之间的最高电压值不超过后级光电隔离器能承受的最高电压值，从而保证了后级器件的安全。要求其瞬时功率600W以上，击穿电压大于信号工作电压，S卩15V以上。
[0019]实施例四
光电隔离电路和取电电路部分，所述光电隔离电路包括电荷栗电压反转器、光电耦合器、二极管、电容、电阻，其中二极管为频率60KHZ以上的二极管。此电路以光电耦合器为中心，左右对称，现以左边为例:D1、D2、D3、D4、Cl、C2、C3、U5组合成取电电路，运用电荷栗电压反转器U5将信号线上的正电压转换为满足RS232标准的正负电压输出供给左边电路使用。Ul一一U4为光电耦合器，频率应能满足信号的最大工作频率。Rl是限流电阻，保证光电耦合器的正常工作。将本电路两端连接到通讯设备时，由于电荷栗电压反转器U5、U6的作用，电容Cl、C5带上负电压，C2、C4带上正电压。当左边3脚(TXD)发送一个高电平时，光耦U4工作，光耦右端接通，将C4上的正电压传到右边端子的3脚(TXD)，此时，高电平信号便通过光电隔离器从左端传输到了右端；当左端3脚(TXD)发送一个低电平时，光耦U2工作，光耦右端导通，将C5上的负电压传到右边端子的3脚(TXD)，此时，低电平信号便通过光电隔离器从左端传输到了右端。信号从右端传输到左端的原理也是一样。
【主权项】
1.一种基于光电隔离电路和防雷电路的万能保护器，包括输入端、光电隔离电路、防雷电路和取电电路，其特征是:光电隔离电路经连接电路(2)与防雷电路连接；电信号经光电隔离电路(I)消除地线回路电压差异，再经连接电路(2)输出单向整流电信号至防雷电路(3);或电信号输入防雷电路(3)泄放浪涌脉冲，再经连接电路(2)输出单向整流电信号至光电隔离电路(I);取电电路(4、5)分别从输入端和防雷电路中取电输入光电隔离电路(I)，所述的连接电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，第一二极管的阴极与光电隔离电路(I)中光电耦合器的输入端相连，第二二极管的阴极与光电隔离电路(I)中光电耦合器的光敏晶体管的输入端相连，第三二极管的阳极与光电隔离电路(I)中光电耦合器的发光二极管的阴极相连，第四二极管的阳极与光电隔离电路(I)中光电耦合器的光敏晶体管的输出端相连，所述防雷电路包括抗浪涌电阻R3、抗浪涌电阻R4、双向瞬态二极管TVSl和双向瞬态二极管TVS2、气体放电管V1、气体放电管V2，双向瞬态二极管TVSl和双向瞬态二极管TVS2选择瞬时功率600W以上的且击穿电压大于信号工作电压的双向瞬态二极管，气体放电管V1、气体放电管V2为能承受5KA以上的电流冲击的气体放电管。2.根据权利要求1所述的基于光电隔离电路和防雷电路的万能保护器，其特征在是:所述光电隔离电路包括电荷栗电压反转器、光电耦合器、二极管、电容、电阻，其中二极管为频率60KHZ以上的二极管。
【专利摘要】本发明公开了一种基于光电隔离电路和防雷电路的万能保护器。本发明涉及通讯与防雷技术领域，针对如何将光电隔离器和浪涌保护器合二为一,保证两者的级联配合、互不干扰光电隔离电路经连接电路（2）与防雷电路连接；电信号经光电隔离电路（1）消除地线回路电压差异，再经连接电路（2）输出单向整流电信号，最后输入防雷电路（3）；或者电信号输入防雷电路（3）泄放浪涌脉冲，再经连接电路（2）输出单向整流电信号，最后输入光电隔离电路（1）。本发明具有光电隔离和防雷保护双重功能，此两项功能为互补关系，消除了两者的缺点，能够使设备免受外线传导的过电压、过电流等浪涌脉冲的干扰和损坏。
【IPC分类】H02H9/04, H02H9/06
【公开号】CN105591374
【申请号】CN201410657053
【发明人】李亮
【申请人】成都捷康特科技有限公司
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2014年11月18日