电磁脉冲防护连接器的制作方法

电磁脉冲防护连接器
【技术领域】
1.本发明属于连接器技术领域，更具体地说，本发明涉及一种电磁脉冲防护连接器。


背景技术：

2.外部电磁干扰能量是一种不希望的传导或辐射的电磁干扰，可以发生在电磁频谱的任何地方，而进入系统的电磁干扰(lectromagnetic interference，emi)可能会造成系统电路工作异常。特别是电缆和导体的导通，作为eml能量的传输路径，是系统被干扰的重要因素。如果需要对emi进行良好的防护，则必须使用对emi具有实质性屏蔽效力的特殊电气连接器。另外，闪电和核爆炸会产生高频电磁辐射脉冲，由核爆炸引起的电磁脉冲(emp)的上升时间约为10纳秒。其中，电磁脉冲((electromagnetic pulse，emp)产生的强电场和磁场可以在很大范围内损坏未受保护的电气和电子设备。
3.众所周知的是，局域网或广域网是一种传输系统，用于在从属系统的主单元和远程单元之间或从属单元之间传输信息。然而，网络的机柜的一个弱点是引线，因为引线连接器可以作为emp的通道，所以需要对某些重要的网络进行由emp引起的瞬态电压的保护，例如军事网络和在危机地区建立的网络。
4.目前，业界存在各种免受emp脉冲影响的保护连接器解决方案。例如，cooper等人描述了一种用于100mhz到大约1ghz范围内的电连接器的改进。该改进包括由铍铜合金制成的导电弹簧垫圈，该垫圈安装在连接器的插头部分。当电磁脉冲脉冲到达时，垫圈压缩从而使导电路径，将脉冲导通至地平面。然而，这类设计的缺点在于，由于emp脉冲上升时间极短，该类机械结构不能及时做出反应，结果仍有大电流和电压的传递至后续电路，会损坏后续负载的电子设备。
5.另外，行业内较为常见的一种改进方案是应用浪涌抑制器(如气体放电管)。气体放电管的触发电压比较高，通过在线路与地面之间安装气体放电管可以实现合理的保护。然而，气体放电管需要一定的时间才能在管内发生气体放电，从而不能对emp早期脉冲实现衰减，不能满足一些需要快速实现衰减的应用需求。
6.鉴于此，实有必要提供一种电磁脉冲防护连接器，以克服上述缺陷。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于：提供一种电磁脉冲防护连接器，旨在改善现有的连接器因emp脉冲上升时间极短而不能及时做出反应以及不能对emp早期脉冲实现衰减的问题，延长emp脉冲上升时间，使得电容器消耗电磁脉冲能量的时间足够长，以将电磁脉冲能量旁路至地面，并快速实现衰减。
8.为了实现上述发明目的，本发明提供一种电磁脉冲防护连接器，包括呈中空圆柱状的金属外壳，所述外壳内装设有沿轴向设置的金属底板及沿径向设置的金属隔板，所述隔板固定于所述底板的中部并将所述外壳内部分为前端隔间与后端隔间；所述底板上设有至少一个信号通路模块；
9.每个所述信号通路模块均包括分别设于所述外壳两端的输入端子与输出端子、均设于所述前端隔间内的气体放电管、前级抑制器与后级抑制器，以及设于所述后端隔间内的emi滤波单元；所述气体放电管串联于所述外壳与所述输入端子之间；所述前级抑制器串联于所述输入端子与所述emi滤波单元之间，用于延长电磁脉冲波形的上升沿；所述后级抑制器的一端电连接于所述外壳，另一端电连接于所述前级抑制器与所述emi滤波单元之间，用于当延时的电磁脉冲输入时，以将脉冲旁路通过所述外壳吸收；所述emi滤波单元远离所述前级抑制器的一端与所述输出端子电连接。
10.在本发明的一个优选实施方式中，每个所述信号通路模块还包括设于所述前端隔间内的限流器，所述限流器串联于所述前级抑制器与所述emi滤波单元之间，用于限制对应的所述信号通路模块的电流大小；所述后级抑制器远离所述外壳的一端设于所述前级抑制器与所述限流器之间。
11.在本发明的一个优选实施方式中，所述前级抑制器为电感。
12.在本发明的一个优选实施方式中，所述后级抑制器包括串联的电容与二极管；所述二极管设于所述电容与所述外壳之间，且电流方向为自所述外壳到所述电容设置。
13.在本发明的一个优选实施方式中，所述外壳包括通过螺纹套设连接的第一套筒与第二套筒，所述隔板设于所述第一套筒与所述第二套筒之间。
14.在本发明的一个优选实施方式中，所述第二套筒靠近所述第一套筒一侧的外壁还设有固定螺纹以及套接在所述固定螺纹上的安装螺母，所述安装螺母可沿着所述固定螺纹移动。
15.在本发明的一个优选实施方式中，所述底板在位于所述前端隔间内的部位设有第一电路板，所述气体放电管、所述前级抑制器与所述后级抑制器均设于所述第一电路板上；所述底板在位于所述后端隔间内的部位设有第二电路板，所述emi滤波单元设于所述第二电路板上。
16.在本发明的一个优选实施方式中，所述底板在位于所述前端隔间内的预定位置进行裁切并垂直弯折形成多个第一固定焊盘，所述第一电路板架设于多个所述第一固定焊盘远离所述底板的一端；所述底板在位于所述后端隔间内的预定位置进行裁切并垂直弯折形成多个第二固定焊盘，所述第二电路板架设于多个所述第二固定焊盘远离所述底板的一端。
17.在本发明的一个优选实施方式中，所述第一电路板的数量为两个，且分别平行间隔设于所述底板的两侧；所述第二电路板的数量为两个，且分别平行间隔设于所述底板的两侧。
18.在本发明的一个优选实施方式中，所述底板的宽度与所述外壳的内壁直径相一致。
19.本发明提供的电磁脉冲防护连接器，通过将接地的金属外壳分别前端隔间与后端隔间，解耦高能量和低能量区，提升高频特性，并且在前端隔间设有前级抑制器与后级抑制器，从而在气体放电管启动前，吸收和抑制输入的脉冲能量，避免气体放电管过载，同时能够有足够的时间将脉冲能量导入地面，快速实现脉冲能量衰减。另外，通过在后端隔间设有emi滤波单元，经过进一步滤波后，可将输出端子输出的电压和电流降低到非常低的水平。
【附图说明】
20.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
21.图1为本发明提供的电磁脉冲防护连接器的主视图；
22.图2为图1所示电磁脉冲防护连接器的半剖图；
23.图3为图1所示电磁脉冲防护连接器中底板的主视图；
24.图4为图3所示底板的仰视图；
25.图5为本发明提供的电磁脉冲防护连接器的内部结构图；
26.图6为图5所示电磁脉冲防护连接器另一角度的内部结构图；
27.图7为本发明提供的电磁脉冲防护连接器的原理示意图；
28.图8为本发明提供的电磁脉冲防护连接器的电路示意图。
29.图中标号：100、电磁脉冲防护连接器；101、前端隔间；102、后端隔间；10、外壳；11、第一套筒；12、第二套筒；13、固定螺纹；14、安装螺母；20、底板；21、第一电路板；22、第二电路板；23、第一固定焊盘；24、第二固定焊盘；25、凸片；30、隔板；40、信号通路模块；41、输入端子；42、输出端子；43、气体放电管；44、前级抑制器；45、后级抑制器；451、电容；452、二极管；46、emi滤波单元；47、限流器。
【具体实施方式】
30.为了使本发明的发明目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。
31.还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
32.还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
33.在本发明的实施例中，提供一种电磁脉冲防护连接器100，可放置在局域网或广域网的机柜等负载设备内，以用于对通过传输线进入机柜的电磁脉冲(emp)与电磁干扰(emi)进行防护，避免电磁脉冲产生的强电场和磁场损坏电气和电子设备。
34.如图1-图6所示，电磁脉冲防护连接器100包括呈中空圆柱状的金属外壳10，外壳10内装设有沿轴向设置的金属底板20及沿径向设置的金属隔板30，隔板30固定于于底板20的中部并将外壳10内部分为前端隔间101与后端隔间102。
35.具体的，外壳10包括通过螺纹套设连接的第一套筒11与第二套筒12。第一套筒11与第二套筒12均为呈中空并一侧开口的圆柱形，第一套筒11的直径相较于第二套筒12的直径更大，从而使得第二套筒12靠近开口一侧的外壁螺纹与第一套筒11靠近开口一侧的内壁螺纹相配合，从而形成一个整体大致呈圆柱状的结构，底板20的两端分别与第一套筒11及第二套筒12相互远离的一端电连接。进一步的，底板20的宽度与外壳10的内壁直径相一致。
36.隔板30设于第一套筒11与第二套筒12之间，呈圆形且直径与第一套筒11内的前端隔间101的直径相一致，以屏蔽前端隔间101与后端隔间102之间的电磁干扰，并将外壳10内的腔体分为两个独立功能腔体，例如定义为能量吸收区和干扰滤波区，从而解耦高能量和低能量区，提升高频特性。其中，金属外壳10接地设置。
37.进一步的，第二套筒12靠近第一套筒11一侧的外壁还设有固定螺纹13以及套接在固定螺纹13上的安装螺母14，安装螺母14可沿着固定螺纹13移动。因此，当需要安装连接器时，取下安装螺母14，然后将第二套筒12插入到如机柜等负载设备的安装孔内，然后再通过安装螺母14进行锁紧，从而将连接器进行固定。
38.进一步的，如图3-图6所示，底板20在位于前端隔间101内的部位设有第一电路板21，底板20在位于后端隔间102内的部位设有第二电路板22。第一电路板21与第二电路板22用于固定电子元器件，且设于边缘一周的漏铜区均通过外壳10进行接地。具体的，底板20在位于前端隔间101内的预定位置进行裁切并垂直弯折形成多个第一固定焊盘23，第一电路板21架设于多个第一固定焊盘23远离底板20的一端。底板20在位于后端隔间102内的预定位置进行裁切并垂直弯折形成多个第二固定焊盘24，第二电路板22架设于多个第二固定焊盘24远离底板20的一端。
39.在本发明的实施例中，如图1所示，底板20上设有至少一个信号通路模块40。在本实施例中，如图2与图5所示，底板20上设有两个信号通路模块40。其中，第一电路板21的数量为两个，且分别平行间隔设于底板20的两侧；第二电路板22的数量为两个，且分别平行间隔设于底板20的两侧。
40.具体的，底板20纵向延伸整个外壳10内的腔体，用于支撑固定在其两侧的电路板。当底板20插入到外壳10内的腔体时，将该腔体纵向分为两部分，即将前端隔间101与后端隔间102再进一步的分为两个子隔间，并对两个子隔间进行电磁干扰屏蔽，避免两个信号通路模块40相互发生电磁干扰。其中，两个第一电路板21分别设于前端隔间101的两个子隔间内，两个第二电路板22分别设于后端隔间102的两个子隔间内，因此，第一电路板21与第二电路板22周围的金属层可以很好地保护每个电路板免受电磁干扰。如图3-图5所示，底板20靠近后端隔间102的末端还设有凸片25，该凸片25从外壳10的后端延伸，用于将外壳10、底板20、隔板30、第一电路板21与第二电路板22接地，降低接地阻抗，提升高频性能。
41.在本发明的实施例中，如图6-图8所示，每个信号通路模块40均包括分别设于外壳10两端的输入端子41与输出端子42、均设于前端隔间101内的气体放电管43、前级抑制器44与后级抑制器45，以及设于后端隔间102内的emi滤波单元46。其中，气体放电管43、前级抑制器44与后级抑制器45均设于第一电路板21上，emi滤波单元46设于第二电路板22上。外界电磁脉冲通过输入端子41进入到外壳10内，然后通过气体放电管43、前级抑制器44与后级抑制器45吸收大量的传入瞬态脉冲，根据电磁脉冲特点采用针对性的时序响应电路，极大程度衰减后续传导至后端隔间102的能量，使剩余的部分不会损坏机柜等负载设备中的电子电路，同时集成emi滤波功能，将emp脉冲的对用电系统的干扰进行有效衰减。
42.其中，气体放电管43串联于外壳10与输入端子41之间；前级抑制器44串联于输入端子41与emi滤波单元46之间，用于延长电磁脉冲波形的上升沿。后级抑制器45的一端电连接于外壳10，另一端电连接于前级抑制器44与emi滤波单元46之间，用于当延时的电磁脉冲输入时，以将脉冲旁路通过外壳10吸收。另外，emi滤波单元46远离前级抑制器44的一端与
输出端子42电连接，用于实现对残余低能量脉冲进行滤波处理，降低对被保护系统的干扰。
43.在本实施例中，前级抑制器44为电感。因此，当瞬态电压到达电感开始后的电压立即根据电感值的阻抗值呈指数级上升，串联电感，将降低脉冲电压的dv/dt，延长脉冲波形的上升沿。后级抑制器45包括串联的电容451与二极管452；二极管452设于电容451与外壳10之间，且电流方向为自外壳10到电容451设置。能够理解的是，外壳10接地设置，从而使得后级抑制器45也接地设置，便于将脉冲能力传输到地面。因此，后级抑制器45具有两次抑制次数，当通过电感延时的瞬态电压施加于后级抑制器45时，在初期由于二极管452不导通，电容451不充电；当二极管452上的电压超阀值时，二极管452导通，反过来导致电容451充电，而电容451接受电流，表明瞬时脉冲的一部分被吸收到地。故，每个信号通路模块40包含三级防护器件；气体放电管43作为第一级emp防护，电感(44)作为第二级emp防护，电容451和二极管452作为第三级防护，三级emp防护电路设计针对emp快速的特点提升了防护效果。
44.进一步的，每个信号通路模块40还包括设于前端隔间101内的限流器47。限流器47串联于前级抑制器44与emi滤波单元46之间，用于限制对应的信号通路模块40的电流大小。其中，后级抑制器45远离外壳10的一端设于前级抑制器44与限流器47之间。因此，限流器47用于限制对应的信号通路模块40残余的脉冲电流，以确保输出端子42输出的电流低于预设的最大值，将其控制在某一限值，如250ma。
45.本发明的原理为：
46.(1)当一个瞬态脉冲(如emp)的脉冲能量从电缆到达时输入端子41时，气体放电管43需要时间t才能打开并将能量通过外壳10转移到地面。在t时间内，气体放电管43此时还没有启动，而这种开启时间太长，无法防止电路损坏；
47.(2)与输入端子41串联的前级抑制器44开始动作，其作用为延长emp波形的上升时间，即电磁脉冲遇到电感，脉冲上升时间被延长；
48.(3)后级抑制器45开始发挥作用，其启动时间《t；随着电容451和二极管452之间的电压已经达到二极管452导通时的水平，因此电容451将被充电；随后气体放电管43触发，电容451消耗电磁脉冲能量的时间足够长，将电磁脉冲能量旁路至地面；
49.(4)可选限流器47来限制残余的脉冲电流；限流器47进一步降低进入到后端隔间102内的emp能量；
50.(5)在后端隔间102的emi滤波单元46中进一步滤波后，输出端子42输出的电压和电流将降低到非常低的水平。
51.综上所述，本发明提供的电磁脉冲防护连接器100，通过将接地的金属外壳10分别前端隔间101与后端隔间102，解耦高能量和低能量区，提升高频特性，并且在前端隔间101设有前级抑制器44与后级抑制器45，从而在气体放电管43启动前，吸收和抑制输入的脉冲能量，避免气体放电管43过载，同时能够有足够的时间将脉冲能量导入地面，快速实现脉冲能量衰减。另外，通过在后端隔间102设有emi滤波单元46，经过进一步滤波后，可将输出端子42输出的电压和电流降低到非常低的水平。
52.本发明并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述，因此对于熟悉领域的人员而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。

技术特征：
1.一种电磁脉冲防护连接器，其特征在于，包括呈中空圆柱状的金属外壳，所述外壳内装设有沿轴向设置的金属底板及沿径向设置的金属隔板，所述隔板固定于所述底板的中部并将所述外壳内部分为前端隔间与后端隔间；所述底板上设有至少一个信号通路模块；每个所述信号通路模块均包括分别设于所述外壳两端的输入端子与输出端子、均设于所述前端隔间内的气体放电管、前级抑制器与后级抑制器，以及设于所述后端隔间内的emi滤波单元；所述气体放电管串联于所述外壳与所述输入端子之间；所述前级抑制器串联于所述输入端子与所述emi滤波单元之间，用于延长电磁脉冲波形的上升沿；所述后级抑制器的一端电连接于所述外壳，另一端电连接于所述前级抑制器与所述emi滤波单元之间，用于当延时的电磁脉冲输入时，以将脉冲旁路通过所述外壳吸收；所述emi滤波单元远离所述前级抑制器的一端与所述输出端子电连接。2.根据权利要求1所述的电磁脉冲防护连接器，其特征在于，每个所述信号通路模块还包括设于所述前端隔间内的限流器，所述限流器串联于所述前级抑制器与所述emi滤波单元之间，用于限制对应的所述信号通路模块的电流大小；所述后级抑制器远离所述外壳的一端设于所述前级抑制器与所述限流器之间。3.根据权利要求1所述的电磁脉冲防护连接器，其特征在于，所述前级抑制器为电感。4.根据权利要求1所述的电磁脉冲防护连接器，其特征在于，所述后级抑制器包括串联的电容与二极管；所述二极管设于所述电容与所述外壳之间，且电流方向为自所述外壳到所述电容设置。5.根据权利要求1所述的电磁脉冲防护连接器，其特征在于，所述外壳包括通过螺纹套设连接的第一套筒与第二套筒，所述隔板设于所述第一套筒与所述第二套筒之间。6.根据权利要求5所述的电磁脉冲防护连接器，其特征在于，所述第二套筒靠近所述第一套筒一侧的外壁还设有固定螺纹以及套接在所述固定螺纹上的安装螺母，所述安装螺母可沿着所述固定螺纹移动。7.根据权利要求1所述的电磁脉冲防护连接器，其特征在于，所述底板在位于所述前端隔间内的部位设有第一电路板，所述气体放电管、所述前级抑制器与所述后级抑制器均设于所述第一电路板上；所述底板在位于所述后端隔间内的部位设有第二电路板，所述emi滤波单元设于所述第二电路板上。8.根据权利要求7所述的电磁脉冲防护连接器，其特征在于，所述底板在位于所述前端隔间内的预定位置进行裁切并垂直弯折形成多个第一固定焊盘，所述第一电路板架设于多个所述第一固定焊盘远离所述底板的一端；所述底板在位于所述后端隔间内的预定位置进行裁切并垂直弯折形成多个第二固定焊盘，所述第二电路板架设于多个所述第二固定焊盘远离所述底板的一端。9.根据权利要求8所述的电磁脉冲防护连接器，其特征在于，所述第一电路板的数量为两个，且分别平行间隔设于所述底板的两侧；所述第二电路板的数量为两个，且分别平行间隔设于所述底板的两侧。10.根据权利要求1-9任一项所述的电磁脉冲防护连接器，其特征在于，所述底板的宽度与所述外壳的内壁直径相一致。

技术总结
本发明公开了一种电磁脉冲防护连接器，包括金属外壳，外壳内装设有金属底板及金属隔板，隔板将外壳内部分为前端隔间与后端隔间；底板上设有至少一个信号通路模块，每个信号通路模块均包括设于前端隔间内的气体放电管、前级抑制器与后级抑制器，以及设于后端隔间内的EMI滤波单元。本发明提供的电磁脉冲防护连接器，通过将接地的金属外壳分别前端隔间与后端隔间，解耦高能量和低能量区，提升高频特性，并且在前端隔间设有前级抑制器与后级抑制器，从而在气体放电管启动前，吸收和抑制输入的脉冲能量，避免气体放电管过载，同时能够有足够的时间将脉冲能量导入地面，快速实现脉冲能量衰减。减。减。


技术研发人员：请求不公布姓名
受保护的技术使用者：北京普联嘉信科技发展有限公司
技术研发日：2023.02.03
技术公布日：2023/8/24