数字称重系统总线接口的防雷保护电路的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种数字称重系统总线接口的防雷保护电路，包括连接于信号总线芯片前端的电源线保护电路和信号线保护电路。电源线保护电路包括并联连接在电源线和工作地线之间的第一放电管和第一双向瞬态抑制二极管，第一放电管和第一双向瞬态抑制二极管之间连接有第一正温度系数热敏电阻。信号线保护电路包括并联连接在第一信号线和第二信号线间的三极放电管和第二双向瞬态抑制二极管，连接三极放电管和第二双向瞬态抑制二极管间的第二正温度系数热敏电阻和第三正温度系数热敏电阻，以及连接在第一信号线和工作地线间的第一瞬态抑制二极管，连接在第二信号线和工作地线间的第二瞬态抑制二极管。该防雷保护电路响应速度快、效果好，能够实现悬浮保护。
【专利说明】
数字称重系统总线接口的防雷保护电路
技术领域
[0001]本发明涉及一种数字称重系统总线接口的防雷保护电路。
【背景技术】
[0002]在目前数字称重技术快速替代模拟称重技术，数字称重技术能够解决模拟技术中称量精度不足、传输距离短、容易作弊等技术弱点。但随着数字称重的广泛应用，数字称重系统中抗雷击浪涌差的问题也暴露出来。数字称重系统应用大量的电子元器件，在组装成产品时已考虑了各种EMC干扰，但接口处的芯片还是容易损坏，原因是数字称重传感器与数字仪表之间有很长的一段距离，且在室外工作，易受到感应雷的打击。
[0003]授权公告号为CN201742088U(申请号为201020174780.9)的中国实用新型专利《称重设备的保护装置》，其中公开了的保护装置中对称重传感器的信号线、电源线均进行了多重保护，采用了多重化的防雷保护，能够防止雷电感应浪涌电压对传感器和显示仪表造成的损害。但是其保护电路中使用的压敏电阻响应速度不够快，且不适用于高频信号线路的保护。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术提供一种响应速度快，防雷效果好、能够实现悬浮保护的数字称重系统总线接口的防雷保护电路。
[0005]本发明解决上述问题所采用的技术方案为:数字称重系统总线接口的防雷保护电路，包括连接于信号总线芯片前端的电源线保护电路和信号线保护电路，其特征在于:所述电源线保护电路包括并联连接在电源线和工作地线之间的第一放电管和第一双向瞬态抑制二极管，所述第一放电管和第一双向瞬态抑制二极管之间还连接有第一正温度系数热敏电阻；
[0006]其中，所述第一放电管的第一端与电源线输入端相连接，第一放电管的第二端与工作地线相连接；
[0007]所述第一双向瞬态抑制二极管的第一端与电源线输出端相连接，第一双向瞬态抑制二极管的第二端与工作地线相连接；
[0008]第一正温度系数热敏电阻的两端分别与第一放电管和第一双向瞬态抑制二极管的第一端相连接；
[0009]所述信号线保护电路包括并联连接在第一信号线和第二信号线之间的三极放电管和第二双向瞬态抑制二极管，分别连接三极放电管和第二双向瞬态抑制二极管之间的第二正温度系数热敏电阻和第三正温度系数热敏电阻，以及连接在第一信号线和工作地线间的第一瞬态抑制二极管，连接在第二信号线和工作地线间的第二瞬态抑制二极管；
[0010]其中，三极放电管的第一端与第一信号线输入端相连接，三极放电管的第二端与第二信号线输入端相连接，三极放电管的第三端与工作地线相连接；
[0011]第二双向瞬态抑制二极管的第一端通过第二正温度系数热敏电阻与三极放电管的第一端相连接，第二双向瞬态抑制二极管的第二端通过第三正温度系数热敏电阻与三极放电管的第二端相连接；
[0012]第一瞬态抑制二极管的正极与工作地线相连接，第一瞬态抑制二极管的负极与第二双向瞬态抑制二极管的第一端相连接；
[0013]第二瞬态抑制二极管的正极与工作地线相连接，第二瞬态抑制二极管的负极与第二双向瞬态抑制二极管的第二端相连接；
[0014]所述工作地线均悬空设置。
[0015]为了实现适应多种使用环境，还包括一第二放电管，所述第二放电管连接于所述工作地线和大地地线之间。
[0016]为了防止电路反接，保证电路安全，所述第一双向瞬态抑制二极管和电源的输出端之间还连接有一二极管，二极管的正极与第一双向瞬态抑制二极管的第一端相连接，二极管的负极与电源线的输出端相连接。
[0017]与现有技术相比，本发明的优点在于:该数字称重系统总线接口的防雷保护电路响应速度快，能够快速的响应实现第一级保护，还能有效对高压或大电流的补及释放进行第二级保护，使得高压或大电流能够及时泄放，进而通过多重保护措施有效的保护数字称重系统总线接口及其后端的系统内部电路不被损坏。此外，该数字称重系统总线接口的防雷保护电路在落点的使用环境中，能够实现对器件的悬浮保护，防止漏电电压对保护器件的损坏，影响数字称重系统工作。
【附图说明】
[0018]图1为本发明实施例中电源线保护电路的电路图。
[0019]图2为本发明实施例中信号线保护电路的电路图。
[0020]图3为本发明实施例中工作地线处理的电路图。
【具体实施方式】
[0021]以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0022]通常，进入数字称重系统的总线接口的线路分为直流供电的电源线VIN及与传感器进行连接的信号通讯线，由于信号特性不同，保护方式也不同，本发明同时实现对两条线路的防雷保护。
[0023]本实施例中的数字称重系统总线接口的防雷保护电路，包括连接于信号总线芯片前端的电源线保护电路和信号线保护电路。
[0024]如图1所示，电源线保护电路包括并联连接在电源线VIN和工作地线V-之间的第一放电管⑶TI和第一双向瞬态抑制二极管TVS21，工作地线V-悬空设置，第一放电管⑶TI和第一双向瞬态抑制二极管TVS21之间还连接有第一正温度系数热敏电阻PTCl。
[0025]其中，第一放电管⑶Tl的第一端与电源线VIN输入端相连接，第一放电管⑶Tl的第二端与工作地线V-相连接，工作地线V-悬空设置。
[0026]第一双向瞬态抑制二极管TVS21的第一端与电源线VIN输出端相连接，第一双向瞬态抑制二极管TVS21的第二端与工作地线V-相连接，工作地线V-悬空设置。
[0027]第一双向瞬态抑制二极管TVS21和电源的输出端V+之间还连接有一二极管D，二极管D的正极与第一双向瞬态抑制二极管TVS21的第一端相连接，二极管D的负极与电源线VIN的输出端相连接。
[0028]第一正温度系数热敏电阻PTCl的第一端与第一放电管⑶Tl的第一端相连接，第一正温度系数热敏电阻PTCl的第二端与第一双向瞬态抑制二极管TVS21的第一端相连接。
[0029]电源线保护电路在工作时，二极管D能够起防电路反接作用。
[0030]当出现雷击的情况，随着雷击电压的升高，当雷击电压超过第一双向瞬态抑制二极管TVS21的设定范围后，第一双向瞬态抑制二极管TVS21导通，钳制第一双向瞬态抑制二极管TVS21两端电压在一个设定的范围内，保护其后面的器件不受损坏，即保护总线接口及系统内部的器件不受损坏。
[0031]当雷击电压进一步升高时，经过第一正温度系数热敏电阻PTCl的电流也随着增大，最终导致第一放电管GDTl两端电压很高，此时由于第一双向瞬态抑制二极管TVS21的钳制作用，第一双向瞬态抑制二极管TVS21两端的电压被限制在第一双向瞬态抑制二极管TVS21设定的电压以内，而第一正温度系数热敏电阻PTCl的第一端的电压由于第一正温度系数热敏电阻PTCl自身的压降升高到第一放电管GDTl的启动电压，第一放电管GDTl动作导通，使得第一放电管GDTl两端电压迅速下降到安全范围，其具体的下降值由第一放电管GDTl的特性决定，如此电源线VIN输出端的电压始终限制在可承受的范围，其后部的器件得到有效的保护。
[0032]相较于现有防雷保护电路中将第一放电管⑶Tl的第二端和第一双向瞬态抑制二极管TVS21的第二端连接于大地地线，当电源的输出端V+出现高于20V漏电时，保护电路在无雷击的情况下也会因为漏电使得第一双向瞬态抑制二极管TVS21长期导通进而损坏，且国内绝大部分的大地镑均存在漏电情况，最高可达100V以上，本实施例中的防雷保护电路将第一放电管⑶TI的第二端和第一双向瞬态抑制二极管TVS21的第二端悬浮处理，从而形成悬浮保护，让雷击能量在导线和保护器件上逐步消耗掉。
[0033]如图2所示，信号线保护电路工作时，其中的第一信号线A和工作地线V-之间的信号、第二信号线B和工作地线V-之间的信号、第一信号线A和第二信号线B之间的信号都需要进行保护。信号线保护电路包括并联连接在第一信号线A和第二信号线B之间的三极放电管⑶T3和第二双向瞬态抑制二极管TVS22，分别连接三极放电管⑶T3和第二双向瞬态抑制二极管TVS22之间的第二正温度系数热敏电阻PTC2和第三正温度系数热敏电阻PTC3，以及连接在第一信号线A和工作地线V-间的第一瞬态抑制二极管TVSl I，连接在第二信号线B和工作地线V-间的第二瞬态抑制二极管TVS12，工作地线V-悬空设置。
[0034]其中，三极放电管⑶T3的第一端与第一信号线A输入端相连接，三极放电管⑶T3的第二端与第二信号线B输入端相连接，三极放电管⑶T3的第三端与工作地线V-相连接，工作地线V-悬空设置。
[0035]第二双向瞬态抑制二极管TVS22的第一端通过第二正温度系数热敏电阻PTC2与三极放电管⑶T3的第一端相连接，第二双向瞬态抑制二极管TVS22的第二端通过第三正温度系数热敏电阻PTC3与三极放电管GDT3的第二端相连接。
[0036]第一瞬态抑制二极管TVSll的正极与工作地线V-相连接，工作地线V-悬空设置，第一瞬态抑制二极管TVSll的负极与第二双向瞬态抑制二极管TVS22的第一端相连接。
[0037]第二瞬态抑制二极管TVS12的正极与工作地线V-相连接，工作地线V-悬空设置，第二瞬态抑制二极管TVS12的负极与第二双向瞬态抑制二极管TVS22的第二端相连接。
[0038]当发生雷击的情况时，第二双向瞬态抑制二极管TVS22钳制第一信号线A和第二信号线B之间的电压，第一瞬态抑制二极管TVSll钳制第一信号线A和工作地线V-之间的电压，第二瞬态抑制二极管TVS12钳制第二信号线B和工作地线V-之间的电压。从而防止雷击电压对其后的器件进行损坏。
[0039]当雷击电压进一步升高时，该信号线保护电路的工作过程同电源线保护电路的工作过程，且第二正温度系数热敏电阻PTC2和第三正温度系数热敏电阻PTC3直接起解耦作用，实现两路信号线上对工作地线V-上的电压都得到有效的限制。
[0040]相较于现有技术中在本实施例中的第一瞬态抑制二极管TVSll和第二瞬态抑制二极管TVS12位置连接压敏电阻，压敏电阻的寄生电容大，反应时间长，本实施例中采用的第一瞬态抑制二极管TVSll和第二瞬态抑制二极管TVS12的纳秒级反应时间和极小的寄生电容使其通讯速率达到100K以上的波特率，而采用压敏电阻要达到1K波特率都很困难，则压敏电阻的保护能力会大打折扣。
[0041]如图3所示，如果用户在安装使用时对工作地线V-正常连接大地，则在工作地线V-和大地地线EARTH间连接第二放电管⑶T2，以实现接地保护。即当工作地线V-输出端产生的高压达到一定值时，能量必寻找离大地阻抗最小的点放电，在放电过程中，相关器件将因为大电流而烧坏，而接入第二放电管GDT2后，能够通过第二放电管GDT2尽快泄放雷击能量，降低工作地线V-端的电压，从而使得电路能承受更高雷击。
[0042]此外，图3中的防雷保护电路是独立的接地保护，即使在有大的漏电情况下，第二放电管GDT2损坏，即在第二放电管GDT2出现开路状态的情况下，其他保护电路因为工作地线V-悬浮设置还能正常工作，而第二放电管⑶T2是独立连接大地地线EARTH的，损坏不会“传染”。而现有通行的接地设计防雷保护电路，则会使得第二放电管GDT2因漏电损坏，其他的保护器件将陆续损坏，防雷保护电路不能正常工作。
【主权项】
1.数字称重系统总线接口的防雷保护电路，包括连接于信号总线芯片前端的电源线保护电路和信号线保护电路，其特征在于:所述电源线保护电路包括并联连接在电源线(VIN)上的第一放电管(⑶Tl)和第一双向瞬态抑制二极管(TVS21)，所述第一放电管(⑶Tl)和第一双向瞬态抑制二极管(TVS21)之间还连接有第一正温度系数热敏电阻(PTCl)； 其中，所述第一放电管(GDTl)的第一端与电源线(VIN)输入端相连接，第一放电管(GDTl)的第二端与工作地线(V-)相连接； 所述第一双向瞬态抑制二极管(TVS21)的第一端与电源线(VIN)输出端相连接，第一双向瞬态抑制二极管(TVS21)的第二端与工作地线(V-)相连接； 第一正温度系数热敏电阻(PTCl)的两端分别与第一放电管(GDTl)和第一双向瞬态抑制二极管(TVS21)的第一端相连接； 所述信号线保护电路包括并联连接在第一信号线(A)和第二信号线(B)之间的三极放电管(⑶T3)和第二双向瞬态抑制二极管(TVS22)，分别连接三极放电管(⑶T3)和第二双向瞬态抑制二极管(TVS22)之间的第二正温度系数热敏电阻(PTC2)和第三正温度系数热敏电阻(PTC3)，以及连接在第一信号线(A)和工作地线(V-)间的第一瞬态抑制二极管(TVSll)，连接在第二信号线(B)和工作地线(V-)间的第二瞬态抑制二极管(TVS12); 其中，三极放电管(GDT3)的第一端与第一信号线(A)输入端相连接，三极放电管(GDT3)的第二端与第二信号线(B)输入端相连接，三极放电管(GDT3)的第三端与工作地线(V-)相连接； 第二双向瞬态抑制二极管(TVS22)的第一端通过第二正温度系数热敏电阻(PTC2)与三极放电管(⑶T3)的第一端相连接，第二双向瞬态抑制二极管(TVS22)的第二端通过第三正温度系数热敏电阻(PTC3)与三极放电管(GDT3)的第二端相连接； 第一瞬态抑制二极管(TVSll)的正极与工作地线(V-)相连接，第一瞬态抑制二极管(TVSll)的负极与第二双向瞬态抑制二极管(TVS22)的第一端相连接； 第二瞬态抑制二极管(TVS12)的正极与工作地线(V-)相连接，第二瞬态抑制二极管(TVS12)的负极与第二双向瞬态抑制二极管(TVS22)的第二端相连接； 所述工作地线(V-)均悬空设置。2.根据权利要求1所述的数字称重系统总线接口的防雷保护电路，其特征在于:还包括一第二放电管(GDT2)，所述第二放电管(GDT2)连接于所述工作地线(V-)和大地地线(EARTH)之间。3.根据权利要求1所述的数字称重系统总线接口的防雷保护电路，其特征在于:所述第一双向瞬态抑制二极管(TVS21)和电源的输出端(V+)之间还连接有一二极管(D)，二极管(D)的正极与第一双向瞬态抑制二极管(TVS21)的第一端相连接，二极管(D)的负极与电源线(VIN)的输出端相连接。
【文档编号】H02H9/06GK105990826SQ201510063427
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月6日
【发明人】蓝晓荣, 郭进涛, 欧聪翀, 金旺, 柯建东
【申请人】宁波柯力传感科技股份有限公司