[發明專利]對總線連接器的過壓和接地故障保護

有效

• 申請號: 201710300579.7
• 申請日: 2017-05-02
• 公開（公告）號: CN107342583B
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發明（設計）人: M.鮑梅勒;P.克里斯坦
• 申請（專利權）人: 西門子瑞士有限公司
• 主分類號: H02H9/04
• 分類號: H02H9/04;H02H9/02;H02H3/10;H02H3/20
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 孫鵬;劉春元

對總線連接器的過壓和接地故障保護。保護電路包括：連接到第一控制器的USB VBUS端子的第一USB VBUS端子1a、連接到第一控制器的USB數據端子的第一USB數據端子2a、3a、連接到第二控制器的USB VBUS端子的第二USB VBUS端子1b、連接到第二控制器的USB數據端子的第二USB數據端子2b、3b、電耦合兩個USB VBUS端子1a、1b的VBUS線、電耦合兩個USB數據端子2a、2b、3a、3b的數據線、布置在VBUS線中或數據線中的斷流器15a?17b，其中斷流器15a?17b的操作中斷VBUS線或數據線、耦合到斷流器15a?17b的控制電路10。

背景技術

本公開涉及提供保護而免受接地故障和過壓的電路。更特別地，本公開聚焦于供設備的符合IEEE 1394或通用串行總線的網絡使用的電路。本公開還涉及具有保護電路的用于采暖、通風與空調（HVAC）系統的控制器。

計算機和其它外圍設備常常通過通用串行總線（USB）或IEEE 1349電纜和連接器彼此連接。這些電纜和連接器被稱為用于數據傳輸的通用接口。它們可實際上結合用于HAVC系統、燃燒器、燃料電池、廢熱發電（組合的熱和功率）工廠等的控制器來使用。

USB電纜通常提供用于數據傳輸的一對引線。它們遍及本公開被標記為D+和D-。D+和D-引線的標稱操作范圍是0-3.6V。它們應在被短路到過壓條件時在4.4V-5.25V范圍內保持未受損。

除了用于數據傳輸的電線以外，還提供另一對引線以供應功率。這些引線遍及本公開被標記為VBUS和GND。VBUS引線一般在5V DC的電壓下操作，而系統的GND引線可連接到地。D+、D-、VBUS和GND引線形成被包括在標準（USB）電纜中的總共四個引線。

收發機接口電路（例如USB電路）或IEEE 1394電路易于由于靜電放電（ESD）而損壞。實際上，靜電放電可引起不僅對接口電路而且對連接到其的任何計算或電子設備的損壞。由于摩擦充電，靜電放電是無所不在的，且對電子電路的任何不利影響的抑制是關鍵的。

當在靜電電荷積累之后兩個物體進入接觸時，通常出現靜電放電。這些放電一般在100微秒內衰減。雖然是短持續時間，但是已知靜電放電引起對電子設備的損壞，甚至在低至50 V的峰值電壓下。

收發機接口電路（例如USB電路或IEEE 1394電路）也易于由于接地故障而損壞。在正常情況下，（USB）電纜連接的插頭和插座被機械地布置，以便抑制接地故障。接地故障仍可出現在經由（USB）電纜連接的計算設備對之間。

如果每個控制器由變壓器供應，且那些變壓器的繞組將具有相反極性的端子連接到地，則這些設備的地電位將是不平衡的。連接兩個計算設備的地電位的電纜或引線于是可使不同的地電位短路。沿著電纜的引線的短路可能需要電流和/或電流浪涌，其危害計算設備的內部部件，例如（MOSFET）晶體管、電容器、通用異步接收機/發射機電路等。

接地故障可以不僅僅導致沿著電纜或連接器的GND引線的過多的電流。接地故障還可引起在連接的第一端處的VBUS引線和在連接的第二端處的GND引線之間的異常電壓降。打斷沿著VBUS引線的任何電流以便使在電纜的任一側處的VBUS端子斷開于是是合乎需要的。此外，在連接的任一側之間的D+和D-引線需要被中斷。在端子之間的電斷開抑制過多的電壓和/或電流對電路（的部分）的不利影響。

從電的觀點看，首先建立在電纜連接的任一側上的GND端子之間的連接是合乎需要的。用于數據連接的D+和D-引線隨后被連接。然而，在連接中使用的插頭和連接器可能是臟的或有缺陷的。如果在任一側上的端子之間的連接不按次序連接，則可導致異常電流。那些異常電流可損害數據連接的質量和/或引起對（接收機接口）電路的損壞。