本發(fā)明屬于安全生產(chǎn)保障設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種爆炸性環(huán)境用電氣設(shè)備的模擬視頻信號隔離電路。

背景技術(shù)：

隨著社會的進步，科技的發(fā)展，應(yīng)用于爆炸性環(huán)境的電氣設(shè)備越來越多，這些設(shè)備的智能化水平也越來越高。其中模擬視頻信號具有傳輸接口簡單高效、視頻還原性好以及成本低等優(yōu)點，在視頻信號播錄設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用。但是，根據(jù)防爆電氣設(shè)備的防爆形式不同，設(shè)備內(nèi)部非本質(zhì)安全模擬視頻信號電路以及非本質(zhì)安全的模擬視頻信號接口都有可能暴露在爆炸性環(huán)境中，假如設(shè)計不當，使得在故障狀態(tài)下發(fā)生打火、過熱等情況，就會造成潛在的危險隱患。

根據(jù)《GB3836.1-2010爆炸性環(huán)境第1部分：設(shè)備通用要求》中的描述，爆炸性環(huán)境用電氣設(shè)備的防爆電路設(shè)計形式有很多種，包括本質(zhì)安全型、隔爆型、增安型等多種防爆電路設(shè)計形式，同時一種設(shè)備的防爆電路設(shè)計也可以混合用到多種防爆電路形式。在完全本質(zhì)安全型設(shè)備中，只存在單一的本質(zhì)安全電路，設(shè)備的防爆電路設(shè)計不用考慮信號或電源隔離的問題，但是當設(shè)備中的一部分關(guān)鍵的、必要的電路參數(shù)，例如電流、電壓、儲能等電參數(shù)，或是機械轉(zhuǎn)動、輻射、溫度等非電參數(shù)無法符合本質(zhì)安全電路的設(shè)計參數(shù)要求時，就需要更改或增加防爆電路形式，以達到設(shè)備的電氣防爆要求，因此一種電氣設(shè)備就存在了本質(zhì)安全電路與非本質(zhì)安全電路。根據(jù)《GB3836.4-2010爆炸性環(huán)境第4部分：由本質(zhì)安全型“i”保護的設(shè)備》的防爆設(shè)計要求，本質(zhì)安全電路和非本質(zhì)安全電路之間不能有電氣聯(lián)系，除了電路兩端要有電氣間隙和爬電距離的要求外，還需要根據(jù)防爆等級和設(shè)計參數(shù)通過相應(yīng)的工頻耐壓試驗。

在實際的防爆電氣設(shè)備電路設(shè)計中，模擬視頻信號的發(fā)送端或是接收端都有可能處在非本質(zhì)安全端，由于光電耦合器的輸入輸出是以光信號進行控制的,沒有直接的電氣聯(lián)系，可以利用光電耦合器實現(xiàn)本質(zhì)安全與非本質(zhì)安全電路間模擬視頻信號的傳遞。模擬視頻信號的傳遞還需要電源給本質(zhì)安全端與非本質(zhì)安全端供電，利用隔離變壓器可實現(xiàn)本質(zhì)安全與非本質(zhì)安全電路間電源的轉(zhuǎn)換、傳遞。除了上述對電氣間隙、爬電距離以及工頻耐壓的要求以外，隔離后的信號和電源還需要相應(yīng)的安全柵電路進行限制能量，這樣才能可靠地將本安電路與非本安電路隔離開，才能符合本質(zhì)安全電路設(shè)計要求。因此，針對爆炸性環(huán)境用電氣設(shè)備在設(shè)計上存在的問題，設(shè)計實現(xiàn)一種安全、可靠、通用的模擬視頻信號隔離電路，具有重要的現(xiàn)實意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種爆炸性環(huán)境用電氣設(shè)備的模擬視頻信號隔離電路。本發(fā)明電路保證了模擬視頻信號在爆炸性環(huán)境用電氣設(shè)備內(nèi)部的安全通信。

本發(fā)明提出的一種爆炸性環(huán)境用電氣設(shè)備的模擬視頻信號隔離電路，該電路由電源隔離模塊、模擬視頻信號隔離模塊、升降壓模塊、升壓模塊及三個安全柵組成；所述電源隔離模塊的一次側(cè)、信號隔離模塊的一次側(cè)以及升降壓模塊均放置在非安全區(qū)，構(gòu)成非安全子電路；所述電源隔離模塊的二次側(cè)、第一安全柵、升壓模塊、第二安全柵、信號隔離模塊的二次側(cè)以及第三安全柵均放置在安全區(qū)，構(gòu)成安全子電路；其中，外部的供電電源一路與電源隔離模塊的一次側(cè)連接，另一路通過升降壓模塊與模擬視頻信號隔離模塊的一次側(cè)連接；電源隔離模塊二次側(cè)的一路通過第一安全柵輸出隔離供電電源，電源隔離模塊的二次側(cè)另一路依次通過第二電源升壓模塊、第二安全柵與模擬視頻信號隔離模塊的二次側(cè)相連；模擬視頻信號隔離模塊的一次側(cè)與非安全區(qū)模擬視頻信號接口雙向連接，模擬視頻信號隔離模塊的二次側(cè)與第三安全柵一端雙向連接，第三安全柵另一端與安全區(qū)模擬視頻信號接口雙向連接。

本發(fā)明提出的另一種爆炸性環(huán)境用電氣設(shè)備的模擬視頻信號隔離電路，該電路由電源隔離模塊、模擬視頻信號隔離模塊、升降壓模塊、降壓模塊及兩個安全柵組成；所述電源隔離模塊的一次側(cè)、信號隔離模塊的一次側(cè)以及升降壓模塊均放置在非安全區(qū)，構(gòu)成非安全子電路；所述電源隔離模塊的二次側(cè)、第一安全柵、降壓模塊、信號隔離模塊的二次側(cè)以及第二安全柵均放置在安全區(qū)，構(gòu)成安全子電路；其中，外部的供電電源一路與電源隔離模塊的一次側(cè)連接，另一路通過升降壓模塊與模擬視頻信號隔離模塊的一次側(cè)連接；電源隔離模塊二次側(cè)通過第一安全柵輸出隔離供電電源，隔離供電電源通過降壓模塊與模擬視頻信號隔離模塊的二次側(cè)相連；模擬視頻信號隔離模塊的一次側(cè)與非安全區(qū)模擬視頻信號接口雙向連接，模擬視頻信號隔離模塊的二次側(cè)與第三安全柵一端雙向連接，第三安全柵另一端與安全區(qū)模擬視頻信號接口雙向連接。

本發(fā)明具有以下特點及有益效果：

本發(fā)明電路保證了模擬視頻信號在爆炸性環(huán)境用電氣設(shè)備內(nèi)部的安全通信。在電源上采用磁隔離技術(shù)，在數(shù)據(jù)傳輸上采用了光耦合隔離技術(shù)，并結(jié)合了安全柵技術(shù)，使得該電路形式簡單、響應(yīng)速度快、安全可靠性高、電路體積小、可移植性強，可作為在爆炸性環(huán)境用電氣設(shè)備中模擬視頻信號隔離電路的通用方案。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提出的第一種模擬視頻信號隔離電路示意圖。

圖2為本發(fā)明提出的另一種模擬視頻信號隔離電路示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明提出的一種爆炸性環(huán)境用電氣設(shè)備的模擬視頻信號隔離電路詳細說明如下：

本發(fā)明提出的第一種模擬視頻信號隔離電路如圖1所示，該電路主要由電源隔離模塊1、模擬視頻信號隔離模塊2、升降壓模塊3、升壓模塊4、三個安全柵(5、6、7)組成，所述電源隔離模塊1的一次側(cè)、信號隔離模塊2的一次側(cè)以及升降壓模塊3均放置在非安全區(qū)(如防爆產(chǎn)品的隔爆艙內(nèi)部)，構(gòu)成非安全子電路；所述電源隔離模塊1的二次側(cè)、第一安全柵5、升壓模塊4、第二安全柵6、信號隔離模塊2的二次側(cè)以及第三安全柵7均放置在安全區(qū)(如防爆產(chǎn)品的隔爆艙外部)，構(gòu)成安全子電路；所述各器件的連接關(guān)系為：

外部的供電電源一路與電源隔離模塊1的一次側(cè)連接，給電源隔離模塊1的一次側(cè)供電；另一路通過升降壓模塊3與模擬視頻信號隔離模塊2的一次側(cè)連接，給模擬視頻信號隔離模塊2的一次側(cè)供電；電源隔離模塊1二次側(cè)的一路通過第一安全柵5輸出隔離供電電源，電源隔離模塊1的二次側(cè)另一路依次通過升壓模塊4、第二安全柵6(根據(jù)《GB3836.4-2010爆炸性環(huán)境第4部分：由本質(zhì)安全型“i”保護的設(shè)備》的要求，安全子電路中的電壓在升壓后需要重新經(jīng)過安全柵，再給模擬視頻隔離模塊的二次側(cè)供電，故設(shè)置該安全柵)與模擬視頻信號隔離模塊2的二次側(cè)相連，為模擬視頻信號隔離模塊2的二次側(cè)供電；模擬視頻信號隔離模塊2的一次側(cè)與非安全區(qū)的模擬視頻信號接口雙向連接，模擬視頻信號隔離模塊2的二次側(cè)與第三安全柵7一端雙向連接，第三安全柵7另一端與安全區(qū)的模擬視頻信號接口雙向連接，用于非安全區(qū)和安全區(qū)模擬視頻信號的雙向隔離傳輸。

本發(fā)明提出的另一種模擬視頻信號隔離電路如圖2所示，該電路主要由電源隔離模塊1、模擬視頻信號隔離模塊2、升降壓模塊3、降壓模塊8、兩個安全柵(5、7)組成，所述電源隔離模塊1的一次側(cè)、信號隔離模塊2的一次側(cè)以及升降壓模塊3均放置在非安全區(qū)(如防爆產(chǎn)品的隔爆艙內(nèi)部)，構(gòu)成非安全子電路；所述電源隔離模塊1的二次側(cè)、第一安全柵5、降壓模塊8、信號隔離模塊2的二次側(cè)以及第二安全柵7均放置在安全區(qū)(如防爆產(chǎn)品的隔爆艙外部)，構(gòu)成安全子電路；所述各器件的連接關(guān)系為：

外部的供電電源一路與電源隔離模塊1的一次側(cè)連接，給電源隔離模塊1的一次側(cè)供電，另一路通過升降壓模塊3與模擬視頻信號隔離模塊2的一次側(cè)連接，給模擬視頻信號隔離模塊2的一次側(cè)供電；電源隔離模塊1二次側(cè)通過第一安全柵5輸出隔離供電電源，隔離供電電源通過降壓模塊8與模擬視頻信號隔離模塊2的二次側(cè)相連，為模擬視頻信號隔離模塊2的二次側(cè)供電；模擬視頻信號隔離模塊2的一次側(cè)與非安全區(qū)的模擬視頻信號接口雙向相連，模擬視頻信號隔離模塊2的二次側(cè)與第二安全柵7一端雙向連接，第二安全柵7另一端與安全區(qū)的模擬視頻信號接口雙向連接，用于非安全區(qū)和安全區(qū)模擬視頻信號的雙向隔離傳輸。

本發(fā)明的各器件的功能及具體實現(xiàn)方式分別說明如下：

本發(fā)明所述的電源隔離模塊1用于產(chǎn)生隔離的安全電壓，采用磁隔離方式，通過升降壓模塊3、升壓模塊4或是降壓模塊8分別給模擬視頻信號隔離模塊2的兩側(cè)供電。該電源隔離模塊1可以采用變壓器或者DCDC隔離模塊，并且要通過相應(yīng)的工頻耐壓試驗。

本發(fā)明所述的模擬視頻信號隔離模塊2用于隔離模擬視頻信號，采用光耦合隔離方式，選擇芯片的帶寬范圍需要與所傳視頻格式相匹配，同樣地，要通過相應(yīng)的工頻耐壓試驗。位于非安全區(qū)的模擬視頻信號與模擬視頻信號隔離模塊2的一次側(cè)連接，從模擬視頻信號隔離模塊2的二次側(cè)輸出，并通過第三安全柵電路7輸出位于安全區(qū)的模擬視頻信號；反之，位于安全區(qū)的模擬視頻信號也可通過第三安全柵7進入模擬視頻信號隔離模塊2的二次側(cè)，從該模擬視頻信號隔離模塊2的一次側(cè)輸出得到位于非安全區(qū)的模擬視頻信號，構(gòu)成完整的模擬視頻信號的雙向隔離傳輸。本實施例中模擬視頻信號隔離模塊采用AVAGO公司的HCNW4562芯片。

本發(fā)明所述的升降壓模塊3、升壓模塊4和降壓模塊8，分別給模擬視頻信號隔離模塊2的兩側(cè)供電，兩側(cè)電壓與光耦合增益相關(guān)，根據(jù)實際情況，電壓值可能有所不同。從光耦芯片的原理上講，光耦芯片兩端是光的通信，兩端的供電電壓可以不同，可以根據(jù)實際的增益效果調(diào)節(jié)兩端的電壓值，由于電源隔離模塊1的輸入和輸出調(diào)節(jié)范圍有限，并且不靈活，所以給模擬視頻信號隔離模塊2兩端分別提供升降壓模塊。本實施例采用Ti公司LM2735芯片及外圍電路作為升壓模塊，采用Ti公司的LM2841芯片及外圍電路作為降壓模塊，以提供模擬視頻信號隔離模塊兩端的電壓。

本發(fā)明所述的安全柵5、6和7，其基本作用是通過限制電流和電壓，使得在異常狀況，如短路的狀態(tài)下，安全子電路部分釋放出的能量在安全可控范圍內(nèi)。安全柵可以采用可靠的限流電阻、快速不可恢復(fù)熔斷器、齊納二極管等元件串并聯(lián)實現(xiàn)。其原理是利用可靠的限流電阻限制流入安全子電路的電流，利用齊納二極管限制施加到安全子電路上的電壓，并在出現(xiàn)危險電壓時，在齊納二極管短路之前，利用快速熔斷器就切斷了電路，其中限流電阻單元的數(shù)量和齊納二極管的數(shù)量需要根據(jù)電氣設(shè)備的防爆等級不同而定。本發(fā)明所述的安全柵5、6和7所對應(yīng)的電路位置不同，工作電壓可能不同，形式和參數(shù)上也可能不同。本實施例的第一安全柵5采用了串聯(lián)一個快速不可恢復(fù)保險絲，再串聯(lián)了兩個Ti公司的TPS2552限流芯片及外圍電路作為限流電阻單元(該限流電阻單元的限流值根據(jù)電氣設(shè)備的防爆等級以及實際電壓而定)，最后并聯(lián)兩個電壓值與電氣設(shè)備實際電壓相應(yīng)的齊納二極管(該齊納二極管的型號選擇盡量要比實際電壓大一個標稱等級的型號)。本實施例的第二安全柵6采用了串聯(lián)一個快速不可恢復(fù)保險絲，再根據(jù)實際電壓情況，選擇了串聯(lián)兩個Ti公司的TPS25921A限流芯片及外圍電路作為限流電阻單元(該限流電阻單元的限流值根據(jù)電氣設(shè)備的防爆等級以及實際電壓而定)，最后并聯(lián)兩個電壓值與電氣設(shè)備實際電壓相應(yīng)的齊納二極管(該齊納二極管的型號選擇盡量要比實際電壓大一個標稱等級的型號)。本實施例的第三安全柵7采用了串聯(lián)一個快速不可恢復(fù)保險絲，再串聯(lián)了一個限流電阻(該限流電阻的限流值根據(jù)電氣設(shè)備的防爆等級以及實際電壓而定)，最后并聯(lián)兩個電壓值與電氣設(shè)備實際電壓相應(yīng)的齊納二極管(該齊納二極管的型號選擇盡量要比實際電壓大一個標稱等級的型號)。

本發(fā)明的工作原理為：整體電路的供電是由非安全子電路部分至安全子電路部分，模擬視頻信號可以根據(jù)電路部分的實際需要，從非安全子電路部分隔離傳輸至安全子電路部分，或是從安全子電路部分隔離傳輸至非安全子電路部分；其中，升降壓模塊3、升壓模塊4(或降壓模塊8)保證了模擬視頻信號隔離模塊2的正常工作；各個安全柵共同保證了模擬視頻信號隔離模塊2的供電以及模擬視頻信號傳輸時，安全子電路的電壓、電流不會超過防爆要求的限值，故假如當設(shè)備發(fā)生短路等故障時，可以確保安全子電路部分釋放出的能量在安全可控范圍內(nèi)，從而保證了整體信號傳輸?shù)陌踩浴?/p>