电路还可以隔离设备201的不同部分之间的电源和接地平面。如图2中所示，设备201的内部电源VCC可以被隔离并且输出为IS0_PWR。同样，接地平面(GND)可以被隔离并且输出为隔离接地(IS0_GND)。将理解，隔离电路221可以包括用于隔离不同信号的不同电路。例如，可以使用变压器隔离电源和接地平面。示例性地，可以使用光隔离器集成电路将CANH和CANL与TX和RX信号相隔离。在另一个实施例中，可以使用变压器将CANH和CANL与TX和RX信号相隔离。
[0019]图2总体上示出在电气系统周围提供导电外壳以及在设备中提供内部电流(电压)隔离的概念。图3现在进一步描述用于设备201的i/o电路的示例性ESD保护机制。将理解，还可以针对设备202提供类似的ESD保护机制。
[0020]在图3中，连接器222被示为9引脚DB9连接器。来自设备202的电缆223 (未示出)可以与连接器222耦合。DB9连接器可以包括金属护罩，该金属护罩电连接到机箱211和电路板，该电路板容纳隔离电路221、ESD保护设备231、一组电容器232以及电阻网络233。此外，连接器222的引脚7和2可以经由CANH和CANL线路，将通过电缆223接收的信号传送到隔离电路221。在图3中，可以将图2中的VCC和GND分别设置为5伏特和0伏特。将理解，5伏特和0伏特只是示例性电压电平，并且可以针对VCC和GND设置任何其它电压电平。在图3中，隔离电源和接地平面被分别表示为IS0_PWR和IS0_GND。
[0021 ] ESD保护设备231可以被连接到引脚7和2以便提供ESD保护。在该实施例中，ESD保护设备231示例性地包括齐纳二极管。尽管在该实施例中使用齐纳二极管，但将理解，可以使用其它ESD保护设备(例如金属氧化物变阻器或包含火花隙的设备)取代齐纳二极管。在图3中，齐纳二极管将引脚7和2连接到隔离接地(IS0_GND)。此外，电路板可以包括一组高压电容器232，它们在机箱211 (其处于大地接地)与隔离接地之间与电阻网络233并联。该组高压电容器232可以包括一个或多个电容器，以便总电容为至少1纳法(nF)。电阻网络233可以包括一个或多个串联的电阻器，以便它们能够使电容器232放电。示例性地，电阻网络233可以包括五个串联的电阻器，其中每个电阻器的电阻为3.3兆欧(Mohm)。接下来，将解释ESD保护机制的操作。
[0022]假设在使用连接器222对电缆223进行安装或布线期间发生ESD事件。具体地说，假设针对引脚7发生ESD事件。如果在ESD事件期间向引脚7施加10千伏电压，则可以通过假设操作人员的电容为150皮法(pF)，计算转移的总电荷。连接到引脚7的齐纳二极管将传导该电荷，这最终将电容器232充电到低于1千伏的电压，因为电容器232的电容值较高(大于1纳法)。对于隔离电路，1千伏或更小的电压值现在导致容许值。此外，电阻网络233中的多个串联电阻器可以比单个电阻器承受更高的电压，并且为ESD拦截电容器232提供排放放电路径。此类排放放电路径通过在大约100毫秒内对电容器232放电，提供对重复ESD事件的适应性。
[0023]工业实用性
[0024]公开的电气系统和电路可以提供一种解决方案，以便可以针对同一设备获得电磁屏蔽、电流隔离和ESD保护的益处。ESD拦截电容器例如可以将10千伏ESD事件的负载减少到小于1千伏的容许级别。因此，所述i/o电路容许ΗΙΡ0Τ测试和ESD事件。
[0025]此外，电路板可以针对在数据信号导体(例如，CANH和CANL)与机箱之间包含的共模电流，提供通过电容器232到隔离接地的返回路径。此外，整个系统可以被包围在导电外壳中，以便提供RF免疫力并且减少RF发射。常规技术可能不提供上面的优势。此外，将理解，上面公开的技术适用于其它接口类型，例如RS232、RS422、RS 485和以太网。
[0026]对于所属技术领域的技术人员显而易见的是，可以对公开的技术进行各种修改和改变。通过考虑所公开的技术的说明书和实现，其它实施例将对于所属技术领域的技术人员来说显而易见。其意图是说明书和实例仅被视为示例性的，真正范围由以下权利要求及其等效物指示。
【主权项】
1.一种电气系统，包括: 第一设备，在其中具有第一机箱和第一端口 ；以及 第二设备，在其中具有第二机箱和第二端口，其中: 所述第一设备和所述第二设备由通过所述第一端口和所述第二端口的电缆连接， 所述第二机箱被导电地连接到大地接地， 所述第二端口上的引脚通过静电放电保护设备被连接到所述第二设备中的隔离接地，以及 所述隔离接地通过一组电容器被连接到所述第二机箱。2.根据权利要求1的电气系统，其中所述一组电容器的电容为至少1纳法。3.根据权利要求2的电气系统，其中所述一组电容器被并联连接到一组电阻器，所述一组电容器能够通过所述一组电阻器放电到大地接地。4.根据权利要求3的电气系统，其中所述一组电阻器包括多于一个电阻器的串联网络。5.根据权利要求1的电气系统，其中所述第一机箱、所述第二机箱和所述电缆形成单个导电外壳。6.一种设备，包括: 机箱，在其中具有端口 ；以及 电路板，其中: 所述机箱被导电地连接到大地接地， 所述端口上的引脚通过静电放电保护设备被连接到所述电路板上的隔离接地，以及 所述隔离接地通过一组电容器被连接到所述机箱。7.根据权利要求6的设备，其中所述一组电容器的电容为至少1纳法。8.根据权利要求7的设备，其中所述一组电容器被并联连接到一组电阻器，所述一组电容器能够通过所述一组电阻器放电到大地接地。9.根据权利要求8的设备，其中所述一组电阻器包括多于一个电阻器的串联网络。10.根据权利要求7的设备，其中所述一组电容器包括两个电容器。
【专利摘要】本发明涉及一种具有电流隔离的电气系统。本公开涉及一种电气系统。所述电气系统可以包括第一设备，所述第一设备在其中具有第一机箱和第一端口。所述电气系统可以还包括第二设备，所述第二设备在其中具有第二机箱和第二端口。所述第一设备和所述第二设备可以由通过所述第一端口和所述第二端口的电缆连接。所述第二机箱可以被导电地连接到大地接地。所述第二端口上的引脚可以通过静电放电保护设备被连接到所述第二设备中的隔离接地，以及所述隔离接地可以通过一组电容器被连接到所述第二机箱。
【IPC分类】H02H9/04, H05K9/00
【公开号】CN105324020
【申请号】CN201510280189
【发明人】J·F·维迈耶
【申请人】易安迪机车公司
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2015年5月28日
【公告号】US20150357812