專利名稱：防止線路板上的元器件造成短路的檢測及保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種線路板的短路檢測與保護(hù)裝置，特別涉及一種防止計(jì)算機(jī)主機(jī)板上的元器件造成短路的檢測及保護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)的性能和集成度越來越高，中央處理器(CPU)、內(nèi)存等關(guān)鍵部件的管腳數(shù)也更加密集，相應(yīng)的，主機(jī)板上的插座也變得相當(dāng)精密。在系統(tǒng)組裝或運(yùn)輸過程中，由于主機(jī)板上插孔的排列十分緊密，很容易因使用者操作不規(guī)范或磕碰而使CPU和內(nèi)存的管腳發(fā)生錯位、傾斜，導(dǎo)致CPU和內(nèi)存安裝后發(fā)生短路，一開機(jī)便會燒毀CPU和內(nèi)存及主機(jī)板。為防止短路發(fā)生，目前很多廠家都在CPU供電電路控制芯片上集成了過流保護(hù)功能，當(dāng)工作過程中有短路發(fā)生時，供電電路的輸出電流瞬間大幅度增加，如超過芯片設(shè)定的閾值，則供電電路控制芯片會自動切斷供電輸出，從而起到保護(hù)作用。
然而，上述短路保護(hù)方法仍有以下不足1.上述方法主要是從產(chǎn)品設(shè)計(jì)角度避免短路考慮的，對于實(shí)際應(yīng)用中需要用戶(包括組裝生產(chǎn)和最終用戶)操作的環(huán)節(jié)卻不能有效控制和保護(hù)。
2.上述方法只在保護(hù)電路處于正常工作狀態(tài)時才能起到檢測和保護(hù)作用，而通常從系統(tǒng)上電到供電電路控制芯片復(fù)位初始化結(jié)束，進(jìn)入正常工作狀態(tài)，最少也要上百毫秒時間。如果上電前已經(jīng)發(fā)生短路，那么從系統(tǒng)上電到保護(hù)電流功能生效的這段時間，因短路產(chǎn)生的強(qiáng)大電流足以使得工作電壓只有1點(diǎn)幾伏特的CPU等精密部件燒毀。
3.上述方法通常屬于供電電路控制芯片的附加功能，其具體功能、實(shí)現(xiàn)方法、可靠性等都因不同廠家的不同設(shè)計(jì)而存在差異，不能移植到多種不同的電子設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有短路保護(hù)方法的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種新的防止線路板上的元器件造成短路的檢測及保護(hù)裝置，對具有依靠接插件與線路板相連接的復(fù)雜元器件(如CPU和內(nèi)存)的計(jì)算機(jī)，在上電開機(jī)前的意外短路進(jìn)行檢測，從而起到保護(hù)CPU、內(nèi)存等昂貴接插部件的作用。
本發(fā)明解決的主要技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一種防止線路板上的元器件造成短路的保護(hù)裝置，在電子設(shè)備線路板上安裝包括固定參數(shù)檢測電路和待定參數(shù)檢測電路的專用檢測電路，并與待測電源連接，專用檢測電路由電子設(shè)備線路板本身所需要的具有Standby供電的標(biāo)準(zhǔn)ATX電源供電；固定參數(shù)檢測電路將被測電源的對地阻抗值轉(zhuǎn)換成電壓值1，與由待定參數(shù)檢測電路輸出的參考電壓值2比較，該待定參數(shù)檢測電路輸出的參考電壓值2代表待測電源對地阻抗的正常值；當(dāng)電壓值1大于參考電壓值2時，專用檢測電路輸出目標(biāo)元器件的供電電源正常信號；當(dāng)電壓值1小于參考電壓值2時，專用檢測電路輸出報警信號，并通過保護(hù)電路產(chǎn)生電源管理控制信號，阻止所述的ATX電源上電。
所述的固定參數(shù)檢測電路由觸動開關(guān)、阻抗-電壓轉(zhuǎn)換器、電壓比較器、顯示控制電路、報警電路和保護(hù)電路順序連接組成阻抗-電壓轉(zhuǎn)換器的輸出端連接電壓比較器的一個輸入端，電壓比較器的另一個輸入端連接待定參數(shù)電路，觸動開關(guān)的一端連接阻抗-電壓轉(zhuǎn)換器，其另一端與待測電源連接。
所述的阻抗-電壓轉(zhuǎn)換器是通過將被測電源的對地直流阻抗與一電阻分壓網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)，將被測電源的對地直流阻抗值轉(zhuǎn)換成電壓值1。電阻分壓網(wǎng)絡(luò)由兩只電阻串聯(lián)組成，其阻值根據(jù)被測電源的負(fù)載類型確定，兩只電阻的連接點(diǎn)即是觸動開關(guān)與阻抗-電壓轉(zhuǎn)換器的連接點(diǎn)。該電阻分壓網(wǎng)絡(luò)由ATX電源的5V Standby轉(zhuǎn)化而來的V_STB電源供電。
所述的待定參數(shù)檢測電路是一參考電壓分壓網(wǎng)絡(luò)，其輸出參考電壓值2。參考電壓分壓網(wǎng)絡(luò)由第一電阻與濾波電容并聯(lián)后，再與第二電阻串聯(lián)組成。其中濾波電容可根據(jù)實(shí)際情況增減。各分壓元器件的參數(shù)值，僅根據(jù)被測電源上的負(fù)載類型選定。
所述的顯示控制電路的輸入端口由TTL電路和/或邏輯“門”電路構(gòu)成，可以允許與若干路檢測電路的電壓比較器的輸出端連接。
所述的保護(hù)電路是一個以D型觸發(fā)器為核心的控制電路，檢測電路顯示控制部分的輸出經(jīng)由一只電阻連接D觸發(fā)器的時鐘信號端，其上升沿可令D觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)；D觸發(fā)器的正輸出端連接到線路板上的電源管理控制信號，以控制線路板電源的開關(guān)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明能對設(shè)備組裝和搬運(yùn)等造成的線路板元器件短路進(jìn)行檢測，當(dāng)發(fā)生短路時，能及時切斷電源，避免上電開機(jī)時燒毀CPU、內(nèi)存等昂貴接插部件。當(dāng)電路按實(shí)際需要復(fù)制擴(kuò)展后，可實(shí)現(xiàn)對電子設(shè)備的更多路電源進(jìn)行檢測保護(hù)。本發(fā)明應(yīng)用于主機(jī)板制造或系統(tǒng)生產(chǎn)測試時，可以取代部分測試設(shè)備，從而節(jié)省成本。
本發(fā)明的具體實(shí)施方式
由以下實(shí)施例及其附圖詳細(xì)給出。


圖1是本發(fā)明的主機(jī)板檢測電路框圖。
圖2是電阻分壓網(wǎng)絡(luò)3是參考電壓分壓網(wǎng)絡(luò)4是保護(hù)電路中
1---觸動開關(guān)2---阻抗-電壓轉(zhuǎn)換器3---電壓比較器 4---顯示控制電路5---報警電路6、7---參考電壓分壓網(wǎng)絡(luò)8、9---待測電源 10---保護(hù)電路具體實(shí)施方式
本發(fā)明特別適用于通過接插件與電子線路板連接的復(fù)雜元器件的短路檢測與保護(hù)，下面將以計(jì)算機(jī)主機(jī)板上的CPU、內(nèi)存等元器件為例，對本發(fā)明的短路檢測及保護(hù)裝置作詳細(xì)說明。
請參閱圖1，本發(fā)明防止線路板上元器件造成短路的檢測及保護(hù)裝置，在主機(jī)板上安裝包括固定參數(shù)檢測電路和待定參數(shù)檢測電路構(gòu)成的專用檢測電路，其中固定參數(shù)檢測電路包括觸動開關(guān)(1)、阻抗電壓轉(zhuǎn)換電路(2)、電壓比較器(3)、控制電路(4)、報警電路(5)和保護(hù)電路(10)；其中的待定參數(shù)檢測電路就是圖中所示的參考電壓分壓網(wǎng)絡(luò)(6)。固定參數(shù)檢測電路主要組成為觸動開關(guān)(1)的一端連接待測電源，另一端連接阻抗電壓轉(zhuǎn)換電路(2)；阻抗電壓轉(zhuǎn)換電路(2)的輸出端連接電壓比較器(3)的“+”輸入端、電壓比較器(3)的“-”輸入端連接參考電壓分壓網(wǎng)絡(luò)(6)；電壓比較器(3)的輸出端連接顯示控制電路(4)的輸入端；控制電路(4)的輸出端連接報警電路(5)；報警電路(5)的輸出端連接保護(hù)電路(10)。
請結(jié)合圖2，阻抗-電壓轉(zhuǎn)換器(2)是通過將被測電源對地直流阻抗并聯(lián)到一個電阻分壓網(wǎng)絡(luò)中而構(gòu)成的。電阻分壓網(wǎng)絡(luò)由電阻R3、R4串聯(lián)組成，由來自ATX電源的5V Standby轉(zhuǎn)化而來的V_STB供電。觸動開關(guān)(SW1)的一端連接R3、R4的連接點(diǎn)，另一端連接被測電源VCC_CPU。SW1接通時，連接負(fù)載的被測電源與電阻分壓網(wǎng)絡(luò)接通，其直流阻抗并聯(lián)到分壓網(wǎng)絡(luò)的下端電阻R4，使電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的分壓比發(fā)生改變，且該分壓比會隨著接在被測電源上負(fù)載的直流阻抗的變化而不同，從而將已接上負(fù)載的被測電源的直流阻抗，用電阻分壓網(wǎng)絡(luò)輸出電壓值的變化表示出來。該電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的分壓器件值根據(jù)被測電源上負(fù)載類型確定，考慮到測量精度，分壓器件阻值應(yīng)盡量大，并且盡量接近加有負(fù)載的被測電源上正常直流阻抗，還要考慮分壓器件的誤差分布參數(shù)的影響。該電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的V_STB供電電壓值根據(jù)被測電源標(biāo)稱電壓和分壓網(wǎng)絡(luò)電阻取值而確定。
如圖3所示，參考電壓分壓網(wǎng)絡(luò)(6)由電容C1與電阻R2并聯(lián)后，再與電阻R1串聯(lián)構(gòu)成。各分壓器件值的選取非常關(guān)鍵，需要根據(jù)被測電源上負(fù)載類型也就是主機(jī)板支持的CPU類型確定，分壓網(wǎng)絡(luò)所提供的參考電壓值，需要盡量大，但必需小于該設(shè)備(如主機(jī)板)所有能支持CPU的電源引腳正常對地直流阻抗的下限值通過前述電阻分壓網(wǎng)絡(luò)輸出的電壓值，且要考慮分壓器件的精度影響。元器件值選定后在主機(jī)板設(shè)計(jì)時即被固定。該參考電壓分壓網(wǎng)絡(luò)(6)由V_STB供電。
電壓比較器(3)采用低偏離輸入電壓的雙電壓比較器(如LM393)。
代表被測電源直流阻抗的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)輸出的電壓值與參考電壓分壓網(wǎng)絡(luò)(6)輸出的參考電壓值通過電壓比較器(3)相比較，當(dāng)代表被測電源阻抗的“+”輸入端電壓值高于參考電壓值時，電壓比較器(3)輸出高電平，表示接上負(fù)載的被測電源對地直流阻抗大于預(yù)設(shè)的正常阻抗，未有短路發(fā)生；而當(dāng)代表被測電源阻抗的“+”輸入端電壓值低于參考電壓值時，電壓比較器(3)輸出低電平，表示接上負(fù)載的被測電源對地直流阻抗小于預(yù)設(shè)的正常阻抗，認(rèn)為發(fā)生短路。
顯示控制電路(4)由TTL電路和/或邏輯“門”電路組成。當(dāng)需要同時檢測多路電源時，可以將各路檢測結(jié)果分別輸出，獨(dú)立驅(qū)動后面的報警電路以便盡快實(shí)現(xiàn)故障定位，也可以將檢測結(jié)果進(jìn)行邏輯運(yùn)算，共同驅(qū)動一個報警電路。
報警電路(5)采用LED顯示，也可以選用其他方式顯示。
保護(hù)電路(10)是一個以觸發(fā)器為核心的控制電路，以D觸發(fā)器為例，參見圖4，保護(hù)電路的輸入信號是顯示控制部分(直接或經(jīng)過邏輯運(yùn)算后)的輸出即檢測結(jié)果，它經(jīng)由電阻R8連接D觸發(fā)器的時鐘信號端，其上升沿可以給D觸發(fā)器以觸發(fā)令觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)；D觸發(fā)器的清除端經(jīng)過電阻R9連接V_STB；D觸發(fā)器的預(yù)置端經(jīng)過由電容CE1與電阻R10組成的延遲網(wǎng)絡(luò)連接到D觸發(fā)器的電源管腳和V_STB；D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)端經(jīng)過一個限流電阻接地；D觸發(fā)器的接地端接地；D觸發(fā)器的負(fù)輸出端空置；D觸發(fā)器的正輸出端連接到主板芯片組發(fā)給Super I/O或ATX電源的電源管理控制信號(如主板芯片組發(fā)給Super I/O的SLPS4#或PWRCTRL#等)，從而控制ATX電源的開關(guān)。
當(dāng)電壓比較器(3)輸出高電平，則驅(qū)動綠色指示燈亮，表示一切正常，未有短路發(fā)生，可以松開觸動開關(guān)，被測電源與檢測電路斷開，檢測完成，可以正常開機(jī)；如果電壓比較器(3)輸出低電平，則驅(qū)動當(dāng)前被測這一路電源的紅色指示燈報警，提醒用戶當(dāng)前被測電源發(fā)生短路，同時將結(jié)果輸出給保護(hù)電路(10)，使得保護(hù)電路(10)的D型觸發(fā)器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，輸出電源管理控制信號，并一直保持，此時用戶需要松開觸動開關(guān)使被測電源與檢測電路斷開，拔除ATX電源插頭以徹底切斷電源，進(jìn)一步檢查短路起因。即使用戶未看到或不理會報警電路(5)的LED顯示報警強(qiáng)行按開機(jī)按鈕，由于有保護(hù)電路控制電源管理信號，也無法啟動ATX電源，從根本上保護(hù)了主板和CPU，避免了損失。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，特別是在集成電路工業(yè)高速發(fā)展的當(dāng)今，將幾種功能的電路集成在一塊集成電路中已經(jīng)成為很平常的事，能實(shí)現(xiàn)同一種功能的集成電路也有多種型號，但凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改(例如使用主要功能相同而型號不同的集成電路)、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種防止線路板上的元器件造成短路的檢測及保護(hù)裝置，其特征在于在電子設(shè)備線路板上安裝包括固定參數(shù)檢測電路和待定參數(shù)檢測電路的專用檢測電路，并與待測電源連接，專用檢測電路由電子設(shè)備線路板本身所需要的具有Standby供電的標(biāo)準(zhǔn)ATX電源供電；固定參數(shù)檢測電路將被測電源的對地阻抗值轉(zhuǎn)換成電壓值1，與由待定參數(shù)檢測電路輸出的參考電壓值2比較，該待定參數(shù)檢測電路輸出的參考電壓值2代表待測電源對地阻抗的正常值的下限值；當(dāng)電壓值1大于參考電壓值2時，專用檢測電路輸出目標(biāo)元器件的供電電源正常信號，當(dāng)電壓值1小于參考電壓值2時，專用檢測電路輸出報警信號，并通過保護(hù)電路產(chǎn)生電源管理控制信號，阻止所述的ATX電源上電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防止線路板上的元器件造成短路的檢測及保護(hù)裝置，其特征在于所述的固定參數(shù)檢測電路由觸動開關(guān)、阻抗-電壓轉(zhuǎn)換器、電壓比較器、顯示控制電路、報警電路和保護(hù)電路順序連接組成阻抗-電壓轉(zhuǎn)換器的輸出端連接電壓比較器的一個輸入端，電壓比較器的另一個輸入端連接待定參數(shù)電路，觸動開關(guān)的一端連接阻抗-電壓轉(zhuǎn)換器，其另一端與待測電源連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的防止線路板上的元器件造成短路的檢測及保護(hù)裝置，其特征在于所述的阻抗-電壓轉(zhuǎn)換器是通過將被測電源的對地直流阻抗與一電阻分壓網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)，將被測電源的對地直流阻抗值轉(zhuǎn)換成電壓值1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防止線路板上的元器件造成短路的檢測及保護(hù)裝置，其特征在于所述的待定參數(shù)檢測電路是一參考電壓分壓網(wǎng)絡(luò)，其輸出參考電壓值2。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的防止線路板上的元器件造成短路的檢測及保護(hù)裝置，其特征在于所述的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)由兩只電阻串聯(lián)組成，其阻值根據(jù)被測電源的負(fù)載類型確定，兩只電阻的連接點(diǎn)即是觸動開關(guān)與阻抗-電壓轉(zhuǎn)換器的連接點(diǎn)。該電阻分壓網(wǎng)絡(luò)由ATX電源的5V Standby轉(zhuǎn)化而來的V_STB電源供電。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的防止線路板上的元器件造成短路的檢測及保護(hù)裝置，其特征在于所述的參考電壓分壓網(wǎng)絡(luò)由第一電阻與電容并聯(lián)后，再與第二電阻串聯(lián)組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的防止線路板上的元器件造成短路的檢測及保護(hù)裝置，其特征在于所述參考電壓分壓網(wǎng)絡(luò)中的電容用于消除噪聲，可根據(jù)實(shí)際情況增減。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或6所述的防止線路板上的元器件造成短路的檢測及保護(hù)裝置，其特征在于所述參考電壓分壓網(wǎng)絡(luò)中分壓元器件的參數(shù)值，僅根據(jù)被測電源上的負(fù)載類型選定。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的防止線路板上的元器件造成短路的檢測及保護(hù)裝置，其特征在于所述的顯示控制電路的輸入端口由TTL電路或邏輯“門”電路構(gòu)成，可以允許與若干路檢測電路的電壓比較器的輸出端連接，以進(jìn)行若干路檢測結(jié)果的綜合邏輯運(yùn)算的結(jié)果來控制報警顯示。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的防止線路板上的元器件造成短路的檢測及保護(hù)裝置，其特征在于所述的保護(hù)電路是以觸發(fā)器為核心的控制電路，檢測電路顯示控制部分的輸出經(jīng)由一電阻連接觸發(fā)器的信號端，可令觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)；觸發(fā)器的輸出端連接到線路板上的電源管理控制信號，以控制線路板電源的開關(guān)。
全文摘要
一種防止線路板上的元器件產(chǎn)生電源短路的檢測及保護(hù)裝置，利用安裝在電子設(shè)備線路板上的專用檢測電路和電子設(shè)備線路板本身所需要的具有Standby供電的標(biāo)準(zhǔn)ATX電源，實(shí)現(xiàn)對上電開機(jī)前的意外短路進(jìn)行檢測、報警和保護(hù)。專用檢測電路由觸動開關(guān)、阻抗－電壓轉(zhuǎn)換器、電壓比較器、報警控制電路、報警顯示電路和保護(hù)電路順序連接組成。需要時，利用觸動開關(guān)使被測電源和檢測電路接通。將被測電源的對地阻抗值轉(zhuǎn)換成電壓值后，與預(yù)設(shè)的代表正常阻抗的參考電壓值比較并產(chǎn)生正?；驁缶盘枴Ｓ|動開關(guān)斷開后，檢測電路與被測電源斷開，供使用者正常開機(jī)或排除故障；發(fā)生短路故障時，專用檢測電路中的保護(hù)電路阻止ATX電源上電。
文檔編號H02H11/00GK1512641SQ0215946
公開日2004年7月14日 申請日期2002年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月31日
發(fā)明者陳恒, 劉永華, 陳 恒 申請人:聯(lián)想(北京)有限公司