一种用于易燃易爆场所电子设备的本安型USB接口电路制造技术

本发明专利技术涉及应用于易燃易爆场所电子设备的本安型USB接口电路设计。该设计采用了电源磁隔离+信号磁隔离+安全栅的技术，通过升压模块、电源隔离模块、信号隔离芯片、瞬态抑制二极管以及安全栅的共同作用，达到在易燃易爆场所电子设备的USB接口本质安全上的防爆效果。本设计主要由升压模块、隔离电源、信号隔离芯片、安全栅、共模电感以及瞬态抑制二极管组成。本发明专利技术提供的这种设计，具有可靠性高、性能稳定的优点，可以从根本上解决电子设备在易燃易爆场所中信号接口通信的本质安全问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于安全生产保障设备领域。特别涉及易燃易爆场所的具有设备间交互接口的电子设备设计。
技术介绍
随着社会的进步，科技的发展，应用于易燃易爆等危险场所的电子设备越来越多，这些设备的智能化水平也越来越高，因此在很多情况下需要在危险区通过接口进行数据的通信，由于工作环境的特殊要求，假如通信接口设计不当，使得在故障状态下发生打火、过热等情况，就会造成潜在的危险隐患。因此，针对易燃易爆等危险场所的电子设备存在的以上问题，开发一种安全、可靠、便捷的数据通信接口装置，具有重要的现实意义。
技术实现思路
USB接口目前已经成为数码产品与PC机通信的事实标准。本专利技术的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种应用于易燃易爆等危险场所的USB接口电路设计。应用该电路的USB接口可以在危险区域直接使用，避免为了使用接口通信而在隔爆舱壁增加接口舱门的复杂结构，并减轻了设备重量和设计难度，该接口的设计初衷就是以本安接口为目标设计的。本专利技术提出一种应用于易燃易爆等危险场所的电子设备的USB接口电路设计，其特征在于，该电路主要由升压模块、隔离电源芯片、信号隔离芯片、安全栅、共模电感以及瞬态抑制二极管组成；其中，电源芯片、信号隔离芯片的一次侧端、相应的安全栅、升压模块、相应的瞬态抑制二极管以及相应的共模电感作为电路部分I，其余作为电路部分II。整体电路的供电是由电路部分I传至电路部分II，信号则在电路部分I与电路部分II之间进行双向差分传输。供电电源在经过相应安全栅后先进入升压模块，再进入隔离电源的一次侧和隔离芯片的一次侧，给电源隔离模块的一次侧以及信号隔离芯片的一次侧供电；差分数据信号的一路信号经过相应的安全栅，再经过共模电感，同时在受到瞬态抑制二极管的监测下到达信号隔离芯片的一次侧；隔离电源的二次侧与隔离信号芯片的二次侧相连；隔离信号芯片二次侧的隔离信号在瞬态抑制二极管的监测下经过共模电感以及安全栅与其它设备电路相连；差分数据信号的另一路信号则反相从隔离信号端经过信号隔离芯片的二次侧端相应的安全栅、瞬态抑制二极管、共模电感给电路部分I的数据信号，构成完整的差分信号通信。这些技术共同保证了 USB接口在易燃易爆危险场所的正常使用，以及本安电路的防爆安全性能。本专利技术所述的升压模块用于维持供电端的USB供电电压。本专利技术所述的隔离电源用于产生隔离的安全电压。本专利技术所述的安全栅，用于当系统发生短路等故障时，限制电路的释放能量，保证系统本质安全。本专利技术所述的共模电感，是为了消除USB差模信号中的共模噪声。 本专利技术所述的瞬态抑制二极管主要用于对电路元件进行快速过电压保护。本专利技术具有以下特点及有益效果:本专利技术电路适用于易燃易爆场所的具有USB接口通信的电子设备设计，在电源上和数据传输上均采用了磁隔离的技术，并结合了安全栅技术、升压稳压技术以及瞬态电压保护，使得该电路形式简单、响应速度快、安全可靠性高，在此基础上，可以使得现场设备体积减小、重量减轻，并给整机的结构设计带来方便。此电路体积小，可移植性强，可作为在燃易爆场所环境下具有USB接口通信的电子设备设计的通用方案。【附图说明】图1为本专利技术的本安型键盘电路示意图。【具体实施方式】本专利技术提出的USB接口电路设计，适用于易燃易爆危险场所电子设备的制造，可以提高产品的安全性、实用性以及降低重量，结合附图1及实施例详细说明如下:本专利技术所述的USB接口电路如图1所示，该电路主要由电源隔离模块3、信号隔离芯片5、安全栅1、升压模块2、共模电感4、瞬态抑制二极管6组成；其中，隔离电源3的一次侧、信号隔离芯片6的一次侧、以及所对应的安全栅1、升压模块2、共模电感4、瞬态抑制二极管6共同组成了电路部分I ;隔离电源3的二次侧、信号隔离芯片6的二次侧、以及所对应的共模电感4、瞬态抑制二极管6、安全栅I共同组成了电路II。电路部分I和电路部分II可根据实际的主从通信情况(供电端不同)，分别放在危险区和安全区，对于现场手持设备等从设备，电路部分I就可以放在安全区，如隔爆舱外，电路部分II就可以放在非安全区，如隔爆舱内；对于现场的主设备，电路部分I就可以放在非安全区，如隔爆舱内，电路部分II就可以放在安全区，如隔爆舱外。供电电源在经过相应隔离安全栅I后进入升压模块2，再进入隔离电源3的一次侧和信号隔离芯片5的一次侧，给电源隔离模块3的一次侧以及信号隔离芯片5的一次侧供电；隔离电源3的二次侧和信号隔离芯片5的二次侧相连；隔离电源3的二次侧经过相应的安全栅I给隔离供电电源；差分数据信号则经过相应的安全栅1，再经过相应的共模电感4，同时受到瞬态抑制二极管6的保护，然后通过信号隔离芯片5，再与相应的共模电感4，同时受到瞬态抑制二极管6的保护，最后经过相应的安全栅1，组成USB差分信号；本专利技术的各部件的功能及【具体实施方式】分别说明如下:本专利技术所述的安全栅I。其基本作用是通过限制电流和电压，使得在异常状况，如短路的状态下，本安电路部分释放出的能量在安全可控范围内。安全栅可以采用熔断器、电阻、瞬变电压抑制二极管、稳压管等元件中的一种或者几种串并联使用。一种典型应用方案是，一次侧的安全栅采用在电源端串接一个熔断器，再串接一个或多个限流电阻和并接一个或多个齐纳二极管。本专利技术所述的升压模块2，主要用于维持供电端的USB供电电压，使得电源和信号传输更加稳定。本专利技术所述的隔离电源3，采用磁隔离方式，给信号隔离芯片5供电。该电源可以采用变压器或者隔离芯片，如Adum5000芯片。本专利技术所述的共模电感4，是为了消除USB差模信号中的共模噪声，如ACM3225芯片。本专利技术所述的信号隔离芯片5，采用磁隔离方式，由隔离电源3分别给信号隔离芯片两端供电。USB差分数据信号经过信号隔离芯片5进行隔离。该隔离信号芯片可以采用信号隔离芯片，如Adum4160芯片。本专利技术所述的瞬态抑制二极管6，主要用于对电路元件进行快速过电压保护。它能"吸收"功率高达数千瓦的浪涌信号。瞬态抑制二极管具有体积小、功率大、响应快、无噪声等诸多优点。本专利技术的工作原理为:通信电源采用了隔离电源3，并且在隔离电源3的一次侧和二次侧端都增加了安全栅1，故假如当设备发生短路等故障时，可以确保本安电路电源部分的电压、电流不会超过防爆要求的限值；升压模块2，保证USB供电稳定；信号采用了信号隔离芯片5，并且在信号隔离芯片5的一次侧端和二次侧端都增加了安全栅1、瞬态抑制二极管6以及共模电感4，确保了差分信号的质量，以及电压电流都在防爆要求之内，从而保证了本安电路部分的安全。【主权项】1.一种应用于易燃易爆危险场所电子设备的USB接口的本安电路设计，其特征在于，该电路主要由升压模块、隔离电源芯片、信号隔离芯片、安全栅、共模电感以及瞬态抑制二极管组成；其中，电源隔离模块的一次侧端、信号隔离芯片的一次侧端、相应的安全栅、升压模块、相应的瞬态抑制二极管以及相应的共模电感作为电路部分I，电源隔离模块的二次侧端、信号隔离芯片的二次侧端、相应的安全栅、相应的瞬态抑制二极管以及相应的共模电感作为电路部分II。 供电电源在经过相应安全栅后先进入升压模块，再进入隔离电源的一次侧和隔离芯片的一次侧，给电源隔离模块的一次侧以及信号隔离芯片的一次侧供电；差分数据信号的一路信号经过相应的安全栅，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于易燃易爆危险场所电子设备的USB接口的本安电路设计，其特征在于，该电路主要由升压模块、隔离电源芯片、信号隔离芯片、安全栅、共模电感以及瞬态抑制二极管组成；其中，电源隔离模块的一次侧端、信号隔离芯片的一次侧端、相应的安全栅、升压模块、相应的瞬态抑制二极管以及相应的共模电感作为电路部分I，电源隔离模块的二次侧端、信号隔离芯片的二次侧端、相应的安全栅、相应的瞬态抑制二极管以及相应的共模电感作为电路部分II。供电电源在经过相应安全栅后先进入升压模块，再进入隔离电源的一次侧和隔离芯片的一次侧，给电源隔离模块的一次侧以及信号隔离芯片的一次侧供电；差分数据信号的一路信号经过相应的安全栅，再经过共模电感，同时在受到瞬态抑制二极管的监测下到达信号隔离芯片的一次侧；隔离电源的二次侧与隔离信号芯片的二次侧相连；隔离信号芯片二次侧的隔离信号在瞬态抑制二极管的监测下经过共模电感以及安全栅与其它设备电路相连；差分数据信号的另一路信号则反相从隔离信号端经过信号隔离芯片的二次侧端相应的安全栅、瞬态抑制二极管、共模电感给电路部分I的数据信号，构成完整的差分信号通信。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：魏利军，王刚，韩毅，李战丽，杨裕云，吴宗之，方来华，
申请(专利权)人：北京中安科创科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11