一种车载控制器的emc防护装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种车载控制器的EMC防护装置，包括至少两块PCB板卡和安插在PCB板卡上的接插件，所述接插件设有I/O端口，不同的接插件上的I/O端口用来连接传输数据信号的屏蔽电缆或者非屏蔽电缆，所述的非屏蔽电缆或者屏蔽电缆在连接所述的I/O端口处设有I/O端口EMC模块，所述的I/O端口EMC模块设置在PCB板卡上。本实用新型通过屏蔽车载控制器内部电磁干扰，提高车载控制器的EMC性能，确保车载控制器发送和接收信息准确。
【专利说明】一种车载控制器的EMC防护装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电子设备电子电路，特别是一种用于车载控制器上的防止电磁干扰的EMC防护系统。
【背景技术】
[0002]EMC (Electro Magnetic Compatibility),中文称为电磁兼容性,指设备或系统在工作时不会受到工作环境中电磁骚扰的能力。
[0003]PCB 板(Printed circuit board),中文称为印刷电路板。
[0004]目前在轨道交通领域使用的安全计算机平台的车载控制器主要针对轨道车辆及其车载设备提出了 EMC的设计，但是有关车载控制器的电磁干扰问题并没有相应的解决方式，而与地铁轨道交通的车载控制器相近的干线铁路系统的EMC防护系统由于电压、电流等参数上的不一致并不能够应用到地铁轨道交通的车载控制器上，在地铁等轨道车辆的运行过程中，车载控制器包括PCB板和其他的功能性接插件，PCB板和功能性接插件之间相互电磁干扰易发送错误的信号，引发安全事故。
【发明内容】
[0005]本实用新型要解决的问题是提供一种车载控制器的EMC防护装置，通过屏蔽车载控制器外部电磁干扰，提高车载控制器的EMC性能，确保车载控制器发送和接收信息准确。
[0006]为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案:一种车载控制器的EMC防护装置，包括至少两块PCB板卡和安插在PCB板卡上的接插件，所述接插件设有I/O端口，不同的接插件上的I/O端口用来连接传输数据信号的屏蔽电缆或者非屏蔽电缆，所述的非屏蔽电缆或者屏蔽电缆在连接所述的I/O端口处设有I/O端口 EMC模块，所述的I/O端口 EMC模块设置在PCB板卡上。
[0007]优选的，所述I/O端口 EMC模块包括单线EMC模块和差分EMC模块，非屏蔽电缆连接接插件I/O端口至PCB板卡上的单线EMC模块，屏蔽电缆连接接插件I/O端口至PCB板卡上的差分EMC模块。
[0008]优选的，连接至接插件上的屏蔽电缆的屏蔽层接地，所述屏蔽电缆的信号分为差分正极和差分负极，所述差分EMC模块包括设置在差分正极和地线之间的第三共模防护电路、差分负极和地线之间的第四共模防护电路，以及连接在差分正极和差分负极的第二差模防护电路。
[0009]优选的，所述的第三共模防护电路包括第二气体放电管，所述的第二气体放电管连接在差分正极、差分负极之间，在差分正极与地线之间连接有第一 TVS管，在差分正极与第一 TVS管的一端还连接有第一电阻，第一 TVS管的另一端连接在第二气体放电管上，第四共模防护电路包括接在差分正极与地线之间的第二 TVS管，在屏蔽电缆负极与第二 TVS管的一端还连接有第二电阻，第二 TVS管的另一端连接在第二气体放电管上，第二气体放电管、第一电阻、第二电阻以及连接在差分正极与差分负极之间的第三TVS管连接构成第二差模防护电路。
[0010]优选的，所述单线EMC模块包括设置在非屏蔽电缆信号与地线之间的压敏电阻四和第四TVS管，非屏蔽电缆经第三电阻连接至第四TVS管。
[0011]优选的，在PCB板卡上设有用于为接插件和PCB板卡供电的背板，电源线连接电源端口 EMC模块，由电源端口 EMC模块连接至背板。
[0012]优选的，所述电源端口 EMC模块包括连接在电源的零线与地线之间的第一共模防护电路、火线与地线之间的第二共模防护电路，以及火线与零线之间的第一差模防护电路，还包括连接在零线与火线间的一级滤波电路二级滤波电路，所述的一级滤波电路与二级滤波电路串联。
[0013]优选的，所述的第一共模防护电路由第一气体放电管和压敏电阻一串联，第一气体放电管的一端连接地线，压敏电阻的一端连接零线，所述的第二共模防护电路由第一气体放电管和压敏电阻二串联，压敏电阻二一端连接第一气体放电管和压敏电阻一串联的连接点，压敏电阻二的另一端连接火线，所述的第一差模防护电路包括连接在零线与火线之间的压敏电阻三。
[0014]优选的，还包括一机柜，机柜开口设置在机柜的正立面上，PCB板卡设置在机柜内且PCB板卡的插接口朝向机柜开口，所述接插件纵向插接在PCB板卡的插接口上，机柜底脚设有用于引入屏蔽电缆的引线盒，屏蔽电缆经引线盒引入机柜内并且所述屏蔽电缆还连接结构件EMC防护装置。
[0015]优选的，所述的结构件EMC防护装置包括设置在机柜下端面上的接地柱，引线盒内的屏蔽电缆的屏蔽层经接地线连接至接地柱上，所述屏蔽电缆与接地线的连接处由线缆夹夹持固定，所述线缆夹在所述的引线盒内并接地。
[0016]采用上述技术方案后，本实用新型具有如下优点:
[0017]通过接插件所连接的结构件EMC防护装置、I/O端口 EMC模块和电源端口 EMC模块屏蔽车载控制器内的电磁干扰信号，保证车载控制器准确的通讯信息。在I/O端口 EMC模块和电源端口 EMC模块中分别对共模信号和差模信号的电磁干扰进行抑制，全面地考虑到了车载控制器可能受到的环境参数的影响，确保通信的准确度。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步说明:
[0019]图1为本实用新型接线原理图；
[0020]图2为差分EMC模块电路；
[0021 ]图3为电源端口 EMC模块电路；
[0022]图4为单线EMC模块电路；
[0023]图5为本实用新型机柜内部布局图；
[0024]图6为图5A处的局部放大图。
【具体实施方式】
[0025]如图1所示，一种车载控制器的EMC防护装置，包括至少两块PCB板卡I和安插在PCB板卡I上的接插件2，所述接插件2设有I/O端口，不同的接插件2上的I/O端口用来连接传输数据信号的屏蔽电缆3或者非屏蔽电缆4，所述的非屏蔽电缆4或者屏蔽电缆3在连接所述的I/O端口处设有I/O端口 EMC模块，所述的I/O端口 EMC模块设置在PCB板卡I上。所述的屏蔽电缆3主要用于传输对信号质量要求较高的信号，例如轨道测速信号等，屏蔽电缆还可连接接插件上的通讯端口，主要包括有RS485通讯线，CAN总线等。通过I/O端口 EMC模块消除车载控制器内接插件端口的电磁干扰，保证信号传输的准确性。
[0026]本实施例中所述I/O端口 EMC模块包括单线EMC模块和差分EMC模块，非屏蔽电缆4连接接插件2的I/O端口至PCB板卡上的单线EMC模块，屏蔽电缆3连接接插件2的I/O端口至PCB板卡上的差分EMC模块。通过单线EMC模块消除非屏蔽电缆上的电磁干扰信号，通过差分EMC模块消除屏蔽电缆屏蔽层上的电磁干扰信号。通过将连接至接插件2上的屏蔽电缆3接地实现将因为雷击等造成的瞬间高压信号接地，防止设备损坏。所述屏蔽电缆的信号分为差分正极和差分负极，所述差分EMC模块包括设置在差分正极和地线之间的第三共模防护电路、差分负极和地线之间的第四共模防护电路，以及连接在差分正极和差分负极的第二差模防护电路。通过第三共模防护电路和第四共模防护电路消除差分正极与地之间以及差分负极与地之间的电磁干扰信号，并通过第二差模防护电路消除差分正极和差分负极之间的电磁干扰信号，全面考虑到了各种环境因素造成的电磁干扰影响，有利于提高EMC性能。
[0027]作为一种优选实施方式，参见图2，所述的第三共模防护电路包括第二气体放电管G2，所述的第二气体放电管G2连接在差分正极、差分负极之间，在差分正极与地线之间连接有第一 TVS管Tl，在差分正极与第一 TVS管Tl的一端还连接有第一电阻R1，第一 TVS管Tl的另一端连接在第二气体放电管G2上，第四共模防护电路包括接在差分正极与地线之间的第二TVS管T2，在屏蔽电缆负极与第二 TVS管T2的一端还连接有第二电阻R2，第二 TVS管T2的另一端连接在第二气体放电管G2上，第二气体放电管G2、第一电阻R1、第二电阻R2以及连接在差分正极与差分负极之间的第三TVS管T3连接构成第二差模防护电路。由于设有差分EMC模块，使得电路所能承受的电压脉冲比较低，因此要采用低压钳位型的TVS管，但是由于TVS管的通流能量有限，仅仅加TVS管不能满足系统的EMC防护等级，因此要加大通流量的气体放电管。基于气体放电管开启比TVS管要慢的原因，其直接加在TVS管的前面是起不到保护TVS管作用的，因此需要在气体放电管和TVS管之间加限流电阻(要
求满足一定的功率)起到缓冲的作用。其中R的最小阻值可以根据公式:R=U1-U2/I_来
确定，式中U1表示的是气体放电管冲击击穿电压，U2表示的是TVS管最高钳位电压，I表示的是TVS管在某电压波形冲击下的最大通流量。所述的限流电阻为第一电阻R1、第二电阻R2，然后通过屏蔽电缆正极与地线之间以及屏蔽电缆负极与地线之间的两个电容在共模防护下对残余电压进行高频滤波以保证后级接收信号的准确性。
[0028]参见图4，所述单线EMC模块包括设置在非屏蔽电缆4信号与地线之间的压敏电阻四Ζ4和第四TVS管Τ4，非屏蔽电缆4经第三电阻R3连接至第四TVS管Τ4。在单线EMC模块中，由于是单电缆，因此只需采用共模防护即可，压敏电阻四Ζ4、第三电阻R3、第四TVS管Τ4组成对单线的共模防护，第四TVS管Τ4形成对后级电路的低钳位精细防护，压敏电阻四Ζ4提供大的泻放通道，第三电阻R3是为保护第四TVS管Τ4而设置的，其最小值的选择根据公式:R=U3-U4/I:来确定，式中U3表不的是压敏电阻的残压值，U4表不的是TVS管最
高钳位电压，I表示的是TVS管在某电压波形冲击下的最大通流量。非屏蔽电缆信号与地之间的两个电容对在共模防护下的残余电压进行高频滤波以保证后级接收信号的准确性。
[0029]在PCB板卡I上设有用于为接插件2和PCB板卡I供电的背板，为避免电源端口受到电磁信号的干扰，电源线连接电源端口 EMC模块，由电源端口 EMC模块进行电磁干扰信号处理后连接至背板，为PCB板卡I上的接插件以及EMC防护模块供电。
[0030]本实施例中，具体参加见图3，所述电源端口 EMC模块包括连接在电源的零线N与地线之间的第一共模防护电路、火线L与地线之间的第二共模防护电路，以及火线L与零线N之间的第一差模防护电路，还包括连接在零线N与火线L间的一级滤波电路10和二级滤波电路11，所述的一级滤波电路10与二级滤波电路11串联。通过第一共模防护电路消除电源的零线N与地线GND之间电磁干扰，通过第二共模防护电路消除电源的火线L与地线GND之间的电磁干扰，通过第一差模防护电路消除火线L与零线N之间的电磁干扰信号。
[0031]作为一种优选实施方式，所述的第一共模防护电路由第一气体放电管Gl和压敏电阻一 Zl串联，第一气体放电管Gl的一端连接地线9，压敏电阻的一端连接零线N，所述的第二共模防护电路由第一气体放电管Gl和压敏电阻二 Ζ2串联，压敏电阻二 Ζ2 —端连接第一气体放电管Gl和压敏电阻一 Zl串联的连接点，压敏电阻二 Ζ2的另一端连接火线L，所述的第一差模防护电路包括连接在零线N与火线L之间的压敏电阻三Ζ3。因为电力供应系统的瞬时电压突变可能对 电路造成的损害伤害。当高压电来时，压敏电阻的电阻降低而将电流予以分流，防止车载控制器的插接件因受到过大的瞬时电压的干扰甚至损坏。由于在差模情况下，压敏电阻一 Zl上的钳位电压加上压敏电阻二 Ζ2上的钳位电压会比较高，不利于后级的EMC防护，因此通过增加压敏电阻三Ζ3作为差模防护，以此来降低差模情况下的钳位电压。在共模防护情况下，采用压敏电阻串联气体放电管，在直接采用压敏电阻与地线相连的方式，在压敏电阻因老化或雷击导致短路失效的情况下，电源跟地线之间发生短路，会造成人员的触电事故。采用压敏电阻串联气体放电管的形式可以最大限度地避免触电事故的发生，因为气体放电管的一般失效模式为断路，这样可以提高系统的安全等级。
[0032]参见图5，所述的车载控制器外部包有一机柜5，机柜5开口设置在机柜5的正立面上，PCB板卡I设置在机柜5内且PCB板卡I的插接口朝向机柜5开口，所述接插件2纵向插接在PCB板卡I的插接口上，在接插件2的下方设有一铜排12，屏蔽电缆和非屏蔽电缆通过铜排12连接至接插件上，所述屏蔽电缆的屏蔽层接地。接插件2纵向放置，在放置相同数量接插件的情况下可缩小机柜的宽度。机柜5底脚设有用于引入屏蔽电缆3的引线盒6，屏蔽电缆3经引线盒6引入机柜5内并且所述屏蔽电缆3还连接结构件EMC防护装置。通过结构件EMC防护装置消除因瞬间高压产生造成的设备损坏，保证设备的正常工作。
[0033]作为一种优选实施方式，参见图5和图6，所述的结构件EMC防护装置包括设置在机柜下端面上的接地柱8，引线盒6内的屏蔽电缆3的屏蔽层经接地线9连接至接地柱8上，所述屏蔽电缆3与接地线9的连接处由线缆夹7夹持固定，所述线缆夹7在所述的引线盒6内并接地。通过接地柱8将屏蔽电缆上因雷击或电压不稳定等所造成的瞬间高压接地，消除瞬间高压造成的损坏。
[0034]上述的I/O端口 EMC模块和电源端口 EMC模块都设置在PCB板卡上，通过PCB板卡的背板进行供电。所述的结构件EMC防护装置作为车载控制器的一级防护，消除信号由屏蔽电缆从外部输入时屏蔽电缆上的电磁干扰信号。I/O端口 EMC模块和电源端口 EMC模块作为二级防护，消除信号接入接插件时的电磁干扰信号以及电源端口的电磁干扰信号。
[0035]除上述优选实施例外，本实用新型还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本实用新型作出各种改变和变形，只要不脱离本实用新型的精神，均应属于本实用新型所附权利要求所定义的范围。
【权利要求】
1.一种车载控制器的EMC防护装置，包括至少两块PCB板卡(1)和安插在PCB板卡(1)上的接插件(2 )，所述接插件(2 )设有I/O端口，不同的接插件(2 )上的I/O端口用来连接传输数据信号的屏蔽电缆(3)或者非屏蔽电缆(4)，其特征在于:所述的非屏蔽电缆(4)或者屏蔽电缆(3)在连接所述的I/O端口处设有I/O端口 EMC模块，所述的I/O端口 EMC模块设置在PCB板卡(I)上。
2.根据权利要求1所述的车载控制器的EMC防护装置，其特征在于:所述I/O端口EMC模块包括单线EMC模块和差分EMC模块，非屏蔽电缆(4)连接接插件(2) I/O端口至PCB板卡上的单线EMC模块，屏蔽电缆(3)连接接插件(2)1/0端口至PCB板卡上的差分EMC模块。
3.根据权利要求2所述的车载控制器的EMC防护装置，其特征在于:连接至接插件(2)上的屏蔽电缆(3)的屏蔽层接地，所述屏蔽电缆的信号分为差分正极和差分负极，所述差分EMC模块包括设置在差分正极和地线之间的第三共模防护电路、差分负极和地线之间的第四共模防护电路，以及连接在差分正极和差分负极的第二差模防护电路。
4.根据权利要求3所述的车载控制器的EMC防护装置，其特征在于:所述的第三共模防护电路包括第二气体放电管(G2)，所述的第二气体放电管(G2)连接在差分正极、差分负极之间，在差分正极与地线之间连接有第一 TVS管(Tl)，在差分正极与第一 TVS管(Tl)的一端还连接有第一电阻(Rl)，第一 TVS管(TI)的另一端连接在第二气体放电管(G2)上，第四共模防护电路包括接在差分正极与地线之间的第二 TVS管(T2)，在屏蔽电缆负极与第二TVS管(T2)的一端还连接有第二电阻(R2)，第二 TVS管(T2)的另一端连接在第二气体放电管(G2)上，第二气体放电管(G2)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)以及连接在差分正极与差分负极之间的第三TVS管(T3)连接构成第二差模防护电路。
5.根据权利要求2所述的车载控制器的EMC防护装置，其特征在于:所述单线EMC模块包括设置在非屏蔽电缆(4)信号与地线之间的压敏电阻四(Z4)和第四TVS管(T4)，非屏蔽电缆(4)经第三电阻(R3)连接至第四TVS管(T4)。
6.根据权利要求1所述的车载控制器的EMC防护装置，其特征在于:在PCB板卡(I)上设有用于为接插件(2)和PCB板卡(I)供电的背板，电源线连接电源端口 EMC模块，由电源端口 EMC模块连接至背板。
7.根据权利要求6所述的车载控制器的EMC防护装置，其特征在于:所述电源端口EMC模块包括连接在电源的零线(N)与地线之间的第一共模防护电路、火线(L)与地线之间的第二共模防护电路，以及火线(L)与零线(N)之间的第一差模防护电路，还包括连接在零线(N)与火线(L)间的一级滤波电路(10)和二级滤波电路(11)，所述的一级滤波电路(10)与二级滤波电路(11)串联。
8.根据权利要求7所述的车载控制器的EMC防护装置，其特征在于:所述的第一共模防护电路由第一气体放电管(Gl)和压敏电阻一(Zl)串联，第一气体放电管(Gl)的一端连接地线(9)，压敏电阻的一端连接零线(N)，所述的第二共模防护电路由第一气体放电管(Gl)和压敏电阻二( Z2 )串联，压敏电阻二( Z2 ) —端连接第一气体放电管(Gl)和压敏电阻一(Zl)串联的连接点，压敏电阻二(Z2)的另一端连接火线(L)，所述的第一差模防护电路包括连接在零线(N)与火线(L)之间的压敏电阻三(Z3)。
9.根据权利要求1或2所述的车载控制器的EMC防护装置，其特征在于:还包括一机柜(5 )，机柜(5 )开口设置在机柜(5 )的正立面上，PCB板卡(I)设置在机柜(5 )内且PCB板卡(I)的插接口朝向机柜(5)开口，所述接插件(2)纵向插接在PCB板卡(I)的插接口上，机柜(5)底脚设有用于引入屏蔽电缆(3)的引线盒(6)，屏蔽电缆(3)经引线盒(6)引入机柜(5 )内并且所述屏蔽电缆(3 )还连接结构件EMC防护装置。
10.根据权利要求9所述的车载控制器的EMC防护装置，其特征在于:所述的结构件EMC防护装置包括设置在机柜下端面 上的接地柱(8)，引线盒(6)内的屏蔽电缆(3)的屏蔽层经接地线(9 )连接至接地柱(8 )上，所述屏蔽电缆(3 )与接地线(9 )的连接处由线缆夹(7 )夹持固定，所述线缆夹(7 )在所述的引线盒(6 )内并接地。
【文档编号】H02H9/06GK203722228SQ201420048832
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年1月24日 优先权日:2014年1月24日
【发明者】娄旭华, 周公爽, 丁伟森 申请人:浙江众合机电股份有限公司