[发明专利]对总线连接器的过压和接地故障保护

说明书

对总线连接器的过压和接地故障保护。保护电路包括：连接到第一控制器的USB VBUS端子的第一USB VBUS端子1a、连接到第一控制器的USB数据端子的第一USB数据端子2a、3a、连接到第二控制器的USB VBUS端子的第二USB VBUS端子1b、连接到第二控制器的USB数据端子的第二USB数据端子2b、3b、电耦合两个USB VBUS端子1a、1b的VBUS线、电耦合两个USB数据端子2a、2b、3a、3b的数据线、布置在VBUS线中或数据线中的断流器15a‑17b，其中断流器15a‑17b的操作中断VBUS线或数据线、耦合到断流器15a‑17b的控制电路10。

背景技术

本公开涉及提供保护而免受接地故障和过压的电路。更特别地，本公开聚焦于供设备的符合IEEE 1394或通用串行总线的网络使用的电路。本公开还涉及具有保护电路的用于采暖、通风与空调（HVAC）系统的控制器。

计算机和其它外围设备常常通过通用串行总线（USB）或IEEE 1349电缆和连接器彼此连接。这些电缆和连接器被称为用于数据传输的通用接口。它们可实际上结合用于HAVC系统、燃烧器、燃料电池、废热发电（组合的热和功率）工厂等的控制器来使用。

USB电缆通常提供用于数据传输的一对引线。它们遍及本公开被标记为D+和D-。D+和D-引线的标称操作范围是0-3.6V。它们应在被短路到过压条件时在4.4V-5.25V范围内保持未受损。

除了用于数据传输的电线以外，还提供另一对引线以供应功率。这些引线遍及本公开被标记为VBUS和GND。VBUS引线一般在5V DC的电压下操作，而系统的GND引线可连接到地。D+、D-、VBUS和GND引线形成被包括在标准（USB）电缆中的总共四个引线。

收发机接口电路（例如USB电路）或IEEE 1394电路易于由于静电放电（ESD）而损坏。实际上，静电放电可引起不仅对接口电路而且对连接到其的任何计算或电子设备的损坏。由于摩擦充电，静电放电是无所不在的，且对电子电路的任何不利影响的抑制是关键的。

当在静电电荷积累之后两个物体进入接触时，通常出现静电放电。这些放电一般在100微秒内衰减。虽然是短持续时间，但是已知静电放电引起对电子设备的损坏，甚至在低至50 V的峰值电压下。

收发机接口电路（例如USB电路或IEEE 1394电路）也易于由于接地故障而损坏。在正常情况下，（USB）电缆连接的插头和插座被机械地布置，以便抑制接地故障。接地故障仍可出现在经由（USB）电缆连接的计算设备对之间。

如果每个控制器由变压器供应，且那些变压器的绕组将具有相反极性的端子连接到地，则这些设备的地电位将是不平衡的。连接两个计算设备的地电位的电缆或引线于是可使不同的地电位短路。沿着电缆的引线的短路可能需要电流和/或电流浪涌，其危害计算设备的内部部件，例如（MOSFET）晶体管、电容器、通用异步接收机/发射机电路等。

接地故障可以不仅仅导致沿着电缆或连接器的GND引线的过多的电流。接地故障还可引起在连接的第一端处的VBUS引线和在连接的第二端处的GND引线之间的异常电压降。打断沿着VBUS引线的任何电流以便使在电缆的任一侧处的VBUS端子断开于是是合乎需要的。此外，在连接的任一侧之间的D+和D-引线需要被中断。在端子之间的电断开抑制过多的电压和/或电流对电路（的部分）的不利影响。

从电的观点看，首先建立在电缆连接的任一侧上的GND端子之间的连接是合乎需要的。用于数据连接的D+和D-引线随后被连接。然而，在连接中使用的插头和连接器可能是脏的或有缺陷的。如果在任一侧上的端子之间的连接不按次序连接，则可导致异常电流。那些异常电流可损害数据连接的质量和/或引起对（接收机接口）电路的损坏。