切換電路板及其保護方法
2023-04-27 16:16:21 1
專利名稱：切換電路板及其保護方法
技術領域：
本發明涉及電路板自動測量儀器製造技術領域，尤其涉及一種切換電路板及其保護方法。
背景技術：
在電子信息產品的組裝電路板(PCBA)製造過程中，越來越多的採用組裝電路板在線測試系統(In-Circuit Test System)來快速檢測故障元器件或組裝缺陷。在這種專用檢測設備中，切換電路板是一個重要部件，它連接於待測板與檢測信號源及測量控制電路之間，起到切換測試通道的作用。傳統的半導體模擬開關切換電路板，其保護線路採用集成了晶閘管(SCR)陣列的 IC，這種結構放電速度慢，故靜電不能及時充分洩放，且本身耐受電流電壓低，易受浪湧大電流衝擊而損壞，從而致使保護線路失效、半導體模擬開關IC燒毀。另外，集成了晶閘管陣列的IC成本較高。
發明內容
(一)要解決的技術問題本發明要解決的技術問題是提供一種切換電路板及其保護方法，其放電速度快， 能夠及時充分洩放靜電，不易受浪湧大電流衝擊而損壞，避免半導體模擬開關IC被燒毀， 此外，本發明還具有成本低的特點。( 二 )技術方案為解決上述問題，本發明提供了一種切換電路板，包括保護電路、控制電路和半導體模擬開關IC陣列；所述控制電路用於對所述保護電路中的繼電器開關，所述保護電路與半導體模擬開關IC陣列相互連通；所述保護電路包括一組與測試通道對應連接的正向放電單元和反向放電單元，所述正向放電單元包括相連接的正向開關二極體和正向放電二極體，所述反向放電單元包括相連接的反向開關二極體和反向放電二極體；所述正向放電二極體的正極和反向放電二極體的負極均接地，所述正向放電二極體和反向放電二極體為瞬態電壓抑制二級管。優選地，所述切換電路板還包括繼電器放電保護陣列，所述繼電器放電保護陣列包括一組與待測組裝電路板連接的電路通道相連接的繼電器開關，所述繼電器開關在控制電路控制下與所述測試通道或放電電阻R連接，所述放電電阻接地。 優選地，所述切換電路板還包括通過繼電器開關與所述正向開關二極體和反向開關二極體分別連接的電壓源或者低阻值電阻，所述低阻值電阻接地。優選地，所述保護電路包括繼電器開關K1、K2、K3和Κ4，其中，Κ2、Κ4接地，Κ1、Κ3 連接電壓源。優選地，所述R的阻值為1 100歐姆。優選地，所述電壓源V+為5 15V，V-為-10 0V。
一種前述切換電路板的保護方法，包括以下步驟A 控制電路對保護電路中的繼電器開關進行控制；B:待測電路板上的靜電或電荷形成的電流通過測試通道使正向開關二極體或反向開關二極體導通；C:正向放電單元和反向放電單元中，與所述正向開關二極體或反向開關二極體對應的正向放電二極體或反向放電二極體放電，迅速使電壓穩定在預定的鉗位電壓。優選地，所述方法還包括使繼電器放電保護陣列中的繼電器開關接地。優選地，所述步驟A，進一步包括測試之前、測試之後或測試間歇，控制電路使K2、K4導通，Κ1、Κ3斷開；測試進行時，控制電路使Κ4、Κ2斷開，Κ3、Κ1導通。(三)有益效果本發明中所採用的二極體陣列保護電路通過多個二極體或者繼電器開關共享連接瞬態電壓抑制二級管，充分利用了瞬態電壓抑制二級管響應時間極快、瞬態功率大、漏電流低、擊穿電壓偏差小、鉗位電壓較易控制、無損壞極限、體積小的優點，保證不同測試通道在放電時會經過低阻值電阻共同接地放電保護，而在測試進行時則相互絕緣且可被極速限制在預定的安全電壓，從而有效地保護半導體模擬開關IC陣列等電子線路，免受各種浪湧脈衝的損壞。又因二極體陣列保護電路本身具有耐大電流高電壓而不易損壞的特點，且可選用成本低、體積小的片式元件。所以本發明可更好的克服浪湧脈衝的損壞，是一種具有更高速放電保護的、更低成本的、更高壽命的切換電路板。在測量時，由於待測板的靜電或殘餘電荷得到更快速充分洩放，故亦可提高測量的穩定性和檢測效率。
圖1為本發明所述切換電路板的結構示意圖；圖2為本發明實施例中所述切換電路板的保護方法流程圖；圖3為本發明實施例中所述切換電路板的電路結構框圖；圖4為本發明實施例中所述取消電路中的機械繼電器的切換電路板電路結構框圖；圖5為本發明所述切換電路板中保護電路的電路原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。如圖1所示，本發明所述的切換電路板，包括保護電路、控制電路和半導體模擬開關IC陣列；所述控制電路用於對所述保護電路中的繼電器開關，所述保護電路與半導體模擬開關IC陣列相互連通；所述保護電路包括繼電器開關Κ1、Κ2、Κ3和Κ4，其中，Κ2、Κ4接地，Κ1、Κ3連接電壓源；所述保護電路包括一組與測試通道對應連接的正向放電單元和反向放電單元，所述正向放電單元包括相連接的正向開關二極體和正向放電二極體，所述反向放電單元包括相連接的反向開關二極體和反向放電二極體；所述正向放電二極體的正極和反向放電二極體的負極分別接地，所述正向放電二極體和反向放電二極體為瞬態電壓抑制二級管。所述正向開關二極體和反向開關二極體與電壓源或者低阻值電阻通過繼電器開關連接，所述低阻值電阻接地。優選地，還包括繼電器放電保護陣列，所述繼電器放電保護陣列包括一組與待測組裝電路板連接的電路通道相連接的繼電器，所述繼電器在控制電路控制下與所述測試通道或放電電阻R連接，所述放電電阻接地。R的阻值為1 100歐姆。如圖2所示，本發明所述的切換電路板的保護方法，包括以下步驟A 控制電路對保護電路中的繼電器開關進行控制；本步驟中，測試之前、測試之後或測試間歇，控制電路使K2、K4導通，Κ1、Κ3斷開；測試進行時，控制電路使Κ4、Κ2斷開，Κ3、Κ1導通。B:待測電路板上的靜電或電荷形成的電流通過測試通道使正向開關二極體或反向開關二極體導通；C:正向放電單元和反向放電單元中，與所述正向開關二極體或反向開關二極體對應的正向放電二極體或反向放電二極體放電，迅速使電壓穩定在預定的鉗位電壓。優選地，所述方法還包括使繼電器放電保護陣列中的繼電器開關接地。如圖3所示，在這種測量儀器中，以切換電路板(101或102)實現信號源及測量控制電路12與待測的組裝電路板11的電路連接。然而待測的組裝電路板11在製造過程中可能帶有靜電或殘餘的電荷，特別是當組裝電路板經過上電的功能測試後，其上的儲能元件如電容或電感，尤其是大的電容儲存有大量靜態的電荷。在進行測試接觸連接時，有必要對待測的組裝電路板11作放電保護， 以減少甚至避免損壞切換電路板(101或102)上半導體模擬開關IC陣列M中的IC。如圖3和圖5所示，Si、S2. . . Sn(n為自然數)是與待測的組裝電路板11連接的電路通道，在測試前，由控制電路21控制所有的繼電器RL1、RL2. . . RLn,切換連接到R1、 R2. ..foi，而Rl、R2. . . Rn的電阻值為1 lOOohm，且與GND (地)連接，可實現在測試前的大電流放電，放電持續時間可為數十毫秒 數十秒。之後，由控制電路21控制所有機械繼電器RLl、RL2. . . RLn切換連接到SNl、SN2. . . SNn。此處，也可以取消電路中的機械繼電器 RL1、RL2. · · RLn,使 Si、S2. · · Sn(n 為自然數)與 SNU SN2. · · SNn 直接連接(如圖 4)。控制電路模塊，由PLD等組成，其功能是接受測量控制電路的指令訊號，自動控制各機械繼電器開關、光耦合繼電器開關、半導體模擬開關IC的動作。在測試之前放電、測試之後放電或測試間歇放電由控制電路21控制/DISCHARGE 為低電平而控制/TEST為高電平，即此時K2、K4導通而K1、K3斷開。假設二極體的正嚮導通壓降為VF(例如，矽二極體的VF約為0. 6 0. 8V)，則通道Sm上的正、負的浪湧電壓分別經由DA1、DB1被放電後降至在-VF +VF之間。SN2. . . SNn同理可被放電後降至在-VF +VF之間。在測試進行時的鉗位保護由控制電路21控制/DISCHARGE為高電平而控制/ TEST為低電平，即此時K4、K2斷開而K3、Kl導通。設Vl = (V-)-VF, V2 = (V+)+VF，則通道Sm上的正、負電壓分別經由DAI、DBl被限制在Vl V2之間。SN2. . . SNn同理可被限制在發Vl V2之間。D108可採用瞬態電壓抑制(TVS) 二極體WS10P6SMB，而D109可採用瞬態電壓抑制(TVS) 二極體WS5.0P6SMB。TVS的響應時間可達pS (10_12秒)量級。假設半導體模擬開關 IC陣列M中的IC的最小可承受電壓為VEE，而最大可承受電壓為VDD。以下僅就Sm通道進行詳述，其它通道SN2. .. SNn同理。在整個測試過程中，若sm通道中有來自待測的組裝電路板上的高電壓靜電或殘餘電荷，則在正電壓瞬態峰值脈衝電流作用下，DAl呈正嚮導通狀態，瞬態電壓抑制二級管 D108的兩極間即會以10_12秒量級的速度，由高阻抗變為低阻抗，可吸收來自測試通道sm 上高達數百瓦以上的浪湧功率，使兩極間的電壓鉗位於預定的最大鉗位電壓以下，從而使得測試通道Sm與GND之間的正電壓極速降下來。同理，在負電壓瞬態峰值脈衝電流作用下，DBl呈正嚮導通狀態，瞬態電壓抑制二級管D109的兩極間亦會以10_12秒量級的速度，由高阻抗變為低阻抗，可吸收來自測試通道 Sm上高達數百瓦以上的浪湧功率，使兩極間的電壓鉗位於預定的最大鉗位電壓以下。從而使得測試通道Sm與GND之間的負電壓極速降下來。通常二極體的正嚮導通時間忽略不計，所以在測試通道sm上過高的對地正電壓或是過高的對地負電壓，皆可通過瞬態電壓抑制二級管，以幾乎為10_12秒量級的速度極速鉗位於預定的低電壓水平。這樣就有效地保護附近電子線路中的元器件如Kl、K2、K3、K4與電源V+、V-以及半導體模擬開關IC陣列M中的IC等，免受各種浪湧脈衝的損壞。如前面所述，在測試進行時，K4、K2斷開而K3、Kl導通，通道Sm上的正、負浪湧電壓通過分別通過DAl與D108、DB1與D109，極速鉗位於預定的低電壓水平，並且分別經由 K3、Kl被限制在Vl V2之間。其中，Vl = (V-)-VF，V2 = (V+)+VF，這樣，只要設計使得 (V-)彡VEE+VF，(V+)彡VDD-VF,即可確保半導體模擬開關IC陣列M中的IC不會因過電壓而損壞。另外，在測試時，K3、Kl導通，即電源V+與V-亦可分別經由D108與D109極速鉗位於預定的正常電壓水平，從而也保護到使用電源V+與V-的其它電路(例如半導體模擬開關IC可用其供電)免受浪湧高電壓的衝擊損壞。綜上所述，本發明中所採用的二極體保護陣列保護電路通過眾多二極體或者光耦合繼電器開關共享連接瞬態電壓抑制二級管，可充分利用瞬態電壓抑制二級管具有響應時間極快、瞬態功率大、漏電流低、擊穿電壓偏差小、鉗位電壓較易控制、無損壞極限、體積小等優點。保證不同測試通道在放電時會經過小電阻R113或R114共同接地放電保護，而在測試進行時則相互絕緣且可被極速限制在Vl V2之間的安全電壓水平，從而有效地保護半導體模擬開關IC陣列等電子線路，免受各種浪湧脈衝的損壞。又因二極體陣列保護電路本身具有耐大電流高電壓而不易損壞的特點，且可選用成本低、體積小的片式元件。所以本發明可更好的克服浪湧脈衝的損壞，是一種具有更高速放電保護的、更低成本的、更高壽命的切換電路板。在測量時，由於待測板的靜電或殘餘電荷得到更快速充分洩放，故亦可提高測量的穩定性和檢測效率。以上實施方式僅用於說明本發明，而並非對本發明的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬於本發明的範疇，本發明的專利保護範圍應由權利要求限定。
權利要求
1.一種切換電路板，其特徵在於，包括保護電路、控制電路和半導體模擬開關IC陣列；所述控制電路用於對所述保護電路中的繼電器開關，所述保護電路與半導體模擬開關 IC陣列相互連通；所述保護電路包括一組與測試通道對應連接的正向放電單元和反向放電單元，所述正向放電單元包括相連接的正向開關二極體和正向放電二極體，所述反向放電單元包括相連接的反向開關二極體和反向放電二極體；所述正向放電二極體的正極和反向放電二極體的負極均接地，所述正向放電二極體和反向放電二極體為瞬態電壓抑制二級管。
2.如權利要求1所述的切換電路板，其特徵在於，還包括繼電器放電保護陣列，所述繼電器放電保護陣列包括一組與待測組裝電路板連接的電路通道相連接的繼電器開關，所述繼電器開關在控制電路控制下與所述測試通道或放電電阻R連接，所述放電電阻接地。
3.如權利要求1所述的切換電路板，其特徵在於，還包括通過繼電器開關與所述正向開關二極體和反向開關二極體分別連接的電壓源或者低阻值電阻，所述低阻值電阻接地。
4.如權利要求1所述的切換電路板，其特徵在於，所述保護電路包括繼電器開關K1、 K2、K3和Κ4，其中，Κ2、Κ4接地，Κ1、Κ3連接電壓源。
5.如權利要求1所述的切換電路板，其特徵在於，所述R的阻值為1 100歐姆。
6.如權利要求1所述的切換電路板，其特徵在於，所述電壓源V+為5 15V， V-為-10 0V。
7.—種權利要求1-6中任一項所述切換電路板的保護方法，其特徵在於，包括以下步驟A 控制電路對保護電路中的繼電器開關進行控制；B:待測電路板上的靜電或電荷形成的電流通過測試通道使正向開關二極體或反向開關二極體導通；C:正向放電單元和反向放電單元中，與所述正向開關二極體或反向開關二極體對應的正向放電二極體或反向放電二極體放電，迅速使電壓穩定在預定的鉗位電壓。
8.如權利要求7所述的切換電路板的保護方法，其特徵在於，還包括使繼電器放電保護陣列中的繼電器開關接地。
9.如權利要求7所述的切換電路板的保護方法，其特徵在於，所述步驟Α，進一步包括測試之前、測試之後或測試間歇，控制電路使Κ2、Κ4導通，Κ1、Κ3斷開； 測試進行時，控制電路使Κ4、Κ2斷開，Κ3、Κ1導通。
全文摘要
本發明公開了一種切換電路板及其保護方法，涉及電路板自動測量儀器製造技術領域，所述切換電路板包括保護電路、控制電路和半導體模擬開關IC陣列；所述控制電路用於對保護電路和半導體模擬開關IC陣列進行控制，所述保護電路與半導體模擬開關IC陣列相連通；所述保護電路包括一組與測試通道對應連接的正向放電單元和反向放電單元，所述正向放電單元包括相連接的正向開關二極體和正向放電二極體，反向放電單元包括相連接的反向開關二極體和反向放電二極體；所述正向放電二極體的正極和反向放電二極體的負極均接地，所述正向放電二極體和反向放電二極體為瞬態電壓抑制二級管；本發明放電速度快，能及時充分洩放靜電，不易受浪湧大電流衝擊而損壞。
文檔編號H02H9/02GK102280870SQ201110202010
公開日2011年12月14日 申請日期2011年7月19日 優先權日2011年7月19日
發明者程世忠 申請人:蘇州瑩琦電子科技有限公司