专利名称：一种检测和保护装置和方法及电路板的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信设备的检测和保护领域，尤其涉及一种通信设备的检测和保护装置和方法及电路板。
背景技术：
通信设备遭遇机房漏雨、老鼠尿淋等情况时，电路板容易发生漏电或短路，从而引起发热甚至起火，严重时会造成电气火灾烧毁整个机房。一种现有方案是利用烟雾传感器检测燃烧时产生的烟雾，或者利用温度传感器检测燃烧时产生的高温，然后由控制模块切断电源，从而减小火势蔓延的速度。然而，该方案可靠性较低而且容易受到外界环境的干扰。电路板漏电或短路时，供电线路上的电流会增大，另一种现有方案是将空气断路器串接在通信设备的供电线路上，利用空气断路器的过电流保护特性，实现保护功能。只有流经空气断路器的电流的有效值足够大且持续时间足够长时，空气断路器才会断开，空气断路器一般对峰值很高而有效值较低的电流不敏感。然而，电路板漏电或短路时，供电线路上的电流的峰值较高而有效值较低。图1为空气断路器的切断时间与电流之间的特性曲线，其中，纵坐标为切断电源所需的时间，横坐标是切断电源时供电线路上的电流除以额定电流的倍数。假如通信设备正常工作时的最大电流Imax为20A，按照一般原则，空气断路器的额定电流为Imax的1.2倍即24A。电路板漏电或短路时，虽然供电线路上的峰值电流很大(大约为40 50A)，但电流的有效值仅比通信设备正常工作时的最大电流增大5 10A，即使按照IOA来计算，电流的有效值也仅为30A，只等于空气断路器的额定电流的1. 25倍。如图 1所示，在1. 25倍的额定电流下，空气断路器至少需要持续6分钟才能断开，此时电路板可能已经起火甚至火势已经蔓延到不可控制的地步。因此，空气断路器并不能在电路板漏电或短路的初期就能够断开，往往要到起火后甚至火势很大后才能切断电源。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种电路板及其检测和保护装置。一种检测和保护装置，包括转换电路、峰值检波电路、比较电路和开关控制电路。 转换电路将直流供电线路上的电流信号转换为电压信号。峰值检波电路包括二极管、电阻和电容，二极管与电阻串接，电容一端连接于二极管和电阻之间，另一端接地。比较电路将所述脉冲群的峰值电压与电压阈值进行比较，如果所述脉冲群的峰值电压超过电压阈值， 则驱动开关控制电路切断电源。一种电路板，其直流供电线路上串接一检测和保护装置。该检测和保护装置包括转换电路、峰值检波电路、比较电路和开关控制电路。转换电路将直流供电线路上的电流信号转换为电压信号。峰值检波电路包括二极管、电阻和电容，二极管与电阻串接，电容一端连接于二极管和电阻之间，另一端接地。比较电路将所述脉冲群的峰值电压与电压阈值进CN 102545143 A行比较，如果所述脉冲群的峰值电压超过电压阈值，则驱动开关控制电路切断电源。一种检测和保护方法，包括将直流供电线路上的电流信号转换为电压信号；滤除单个脉冲，检测所述电压信号中的脉冲群，并保持所述脉冲群的峰值电压；将所述脉冲群的峰值电压与一电压阈值进行比较，如果所述脉冲群的峰值电压超过电压阈值，则切断电源。上述检测和保护装置在检测到脉冲群的峰值电压值超过预设电压值时切断电源， 避免电路板漏电或短路时间过长而引起火灾。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。图1是现有技术中空气断路器的断开时间随着供电线路上的电流有效值变化的示意图。图2是本发明实施例中检测和保护装置的连接示意图。图3是图2中检测和保护装置的电路图。图4是电路板短路或者漏电时直流供电线路上的电流波形图。图5是图2中检测和保护装置的峰值检波电路的工作原理示意图。图6是图2中检测和保护装置的另一种电路图。
具体实施例方式为了便于本领域一般技术人员理解和实现本发明，现结合附图描绘本发明的实施例。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。如图2所示，通信设备21的直流供电线路22上串接一检测和保护装置23和电源开关25。检测和保护装置23包括采样电阻231、放大器233、峰值检波电路235、比较电路 237和开关控制电路239。采样电阻231将直流供电线路22上的电流信号转换为电压信号。电路板漏电或短路时直流供电线路22上产生连续的脉冲群或几组毫秒级间隔的脉冲群，峰值检波电路235具有低通滤波特性，并即不响应单个脉冲但能够监测到所述脉冲群，用于检测所述电压信号中的脉冲群，并保持所述脉冲群的峰值电压。比较电路237将所述脉冲群的峰值电压与电压阈值Vth进行比较，如果所述脉冲群的峰值电压超过电压阈值Vth，则驱动开关控制电路239切断电源开关25。开关控制电路239的具体电路由电源开关25的类型决定，电源开关25可以是 MOSFET、电磁继电器、固态继电器等，本实施例中不作限定。实施例一如图3所示，转换电路231包括采样电阻2312和放大器2314。采样电阻2312将直流供电线路22上的电流信号转换为电压信号送给放大器2314。为了减少功率损耗，采样电阻2312的阻值最好足够小。采样电阻2312的阻值越小，其压降也越小，为了利于后级的峰值检波电路235和比较电路237的处理，放大器2314将所述电压信号放大后送入峰值检波电路235。例如，放大器233是一差分放大器。如图4所示，是直流供电线路22上的电流波形图，其中，横坐标是电路板漏电或短路持续的时间，纵坐标是直流供电线路上的电流大小。试验证明，电路板漏电或短路时，直流供电线路22上的电流波形为连续的脉冲群或几组毫秒级间隔的脉冲群。然而，热插拔电路板或者上电时，通信设备21都会产生峰值很高的冲击电流，上述冲击电流是单个脉冲。为了避免上述冲击电流导致比较电路237误动作，所述峰值检波电路235应该具有不能保持单个脉冲的峰值的特性，并且具有能够保持脉冲群的峰值的特性。普通得峰值检波电路对单个脉冲非常敏感，当输入单个脉冲时，其输出电压会迅速上升到输入的脉冲峰值。而如图5所示，本实施例中的峰值检波电路235包括二极管D1、 电阻R2和电容Cl，二极管Dl与电阻R2串接，电容Cl 一端连接于二极管Dl和电阻R2之间，另一端接地，A点是峰值检波电路235的输入端，B点是峰值检波电路235的输出端。当单个脉冲施加到峰值检波电路235的输入端A时，二极管Dl导通，由于电阻R2 的限流作用，电容Cl缓慢充电，使得电容Cl上的电压不会迅速上升到峰值电压而只能缓慢上升。当所述单个脉冲经过峰值检波电路235的输出端B后，由于电容Cl及其后级的比较电路237存在漏电流，电容Cl会缓慢放电，经过一段时间后，电容Cl上的电压会跌落回到通信设备21稳定工作时的电压值。通过调整电阻R2和电容Cl的取值可以调整峰值检波电路235的时间常数，防止在单个脉冲输入时电容Cl的电压达到比较电路237的电压阈值Vth，从而避免上述冲击电流误触发开关控制电路239切断电源开关25。电阻R2和电容 Cl的取值原则是根据可能出现最大的冲击电流的脉冲的幅度和宽度进行调整，可能出现的冲击电流的脉冲幅度和宽度越大，电阻R2和Cl的取值越大，反之，电阻R2和Cl的取值越小。而当脉冲群施加到峰值检波电路235的输入端A时，每个脉冲对电容Cl的充电会逐渐累积，经过一定个数的脉冲后，电容Cl上的电压会保持在所述脉冲群的峰值电压上。比较电路237包括比较器2372，一端连接峰值检波电路235的输出端，另一端施加电压阈值Vth。如果峰值检波电路235保持的峰值电压超过所述电压阈值Vth，则驱动开关控制电路239切断电源开关25。比较电路237还包括一反馈分路2374，反馈分路2374与比较器2372 —起组成一个滞回比较器。反馈分路2374包括电阻R3和R4组成的分压支路、电阻R5和二极管D2。 电阻R3和R4组成的分压支路一端接地，另一端施加一外部参考电压Vref，参考电压Vref的取值应使电阻R3和R4的分压等于所述电压阈值Vth。所述电压阈值Vth的大小取决于电流阈值，例如，通信设备21正常工作时的最大电流为Imax，则电流阈值为1.2*Imax，所述电压阈值Vth可以由下面公式计算得到Vth = 1. 2*Imax*A*Rl-VDl，其中，A表示放大电路233的放大倍数，Rl表示采样电阻2312的阻值， VDl表示二极管Dl的压降。实施例二如图6所示，实施例二与实施例一的区别是，比较电路237包括模拟数字转换器 2371和微控制器2373。模拟数字转换器2371将峰值检波电路235输出的模拟电压信号转换成数字信号。微控制器2373读取所述数字信号的电压值，并将该电压值与所述电压阈值Vth进行比较，如果该电压值大于所述电压阈值Vth，则控制开关控制电路239断开电源开关25。 所述电压阈值Vth可以根据需要进行调整。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此， 检测和保护装置23可以作为一个独立的装置外接在通信设备21的直流供电线路22上，或者集成在通信设备21的电路板上。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
权利要求
1.一种检测和保护装置，其特征在于，该检测和保护装置包括转换电路、峰值检波电路、比较电路和开关控制电路；转换电路将直流供电线路上的电流信号转换为电压信号；峰值检波电路包括二极管、电阻和电容，二极管与电阻串接，电容一端连接于二极管和电阻之间，另一端接地；比较电路将所述脉冲群的峰值电压与一电压阈值进行比较，如果所述脉冲群的峰值电压超过电压阈值，则驱动开关控制电路切断电源。
2.如权利要求1所述的检测和保护装置，其特征在于，转换电路包括采样电阻和放大器；采样电阻串接到直流供电线路上，将直流供电线路上的电流信号转换为电压信号； 放大器将该电压信号放大后送入峰值检波电路。
3.如权利要求2所述的检测和保护装置，其特征在于，所述电压阈值由下面公式计算得到Vth = 1. 2*Imax*A*Rl-VDl，其中，Vth表示所述电压阈值，Imax表示正常工作时直流供电线路上的最大电流；A表示放大电路的放大倍数；Rl表示采样电阻的阻值；VDl表示二极管的压降。
4.如权利要求1所述的检测和保护装置，其特征在于，比较电路包括一比较器，一端连接所述电阻，另一端施加所述电压阈值。
5.如权利要求1所述的检测和保护装置，其特征在于，比较电路包括模拟数字转换器和微控制器；模拟数字转换器将峰值检波电路输出的所述脉冲群的峰值电压转换成数字信号； 微控制器读取所述数字信号的电压值，并将该电压值与所述电压阈值进行比较，如果该电压值大于所述电压阈值，则驱动开关控制电路断开电源。
6.一种电路板，其直流供电线路上串接一检测和保护装置，其特征在于，该检测和保护装置包括转换电路、峰值检波电路、比较电路和开关控制电路；转换电路将直流供电线路上的电流信号转换为电压信号；峰值检波电路包括二极管、电阻和电容，二极管与电阻串接，电容一端连接于二极管和电阻之间，另一端接地；比较电路将所述脉冲群的峰值电压与一电压阈值进行比较，如果所述脉冲群的峰值电压超过电压阈值，则驱动开关控制电路切断电源。
7.如权利要求6所述的电路板，其特征在于，转换电路包括采样电阻和放大器； 采样电阻串接到直流供电线路上，将直流供电线路上的电流信号转换为电压信号； 放大器将该电压信号放大后送入峰值检波电路。
8.如权利要求7所述的电路板，其特征在于，所述电压阈值由下面公式计算得到Vth= 1.2*Imax*A*Rl-VDl，其中，Vth表示所述电压阈值，Imax表示正常工作时直流供电线路上的最大电流；A表示放大电路的放大倍数；Rl表示采样电阻的阻值；VDl表示二极管的压降。
9.一种检测和保护方法，其特征在于，该方法包括 将直流供电线路上的电流信号转换为电压信号；滤除单个脉冲，检测所述电压信号中的脉冲群，并保持所述脉冲群的峰值电压； 将所述脉冲群的峰值电压与一电压阈值进行比较，如果所述脉冲群的峰值电压超过电压阈值，则切断电源。
全文摘要
本发明实施例公开了一种检测和保护装置，该检测和保护装置包括采样电阻、放大器、峰值检波电路、比较电路和开关控制电路。采样电阻将直流供电线路上的电流信号转换为电压信号。放大器将该电压信号放大后送入峰值检波电路。峰值检波电路包括二极管、电阻和电容，二极管与电阻串接，电容一端连接于二极管和电阻之间，另一端接地。比较电路将所述脉冲群的峰值电压与电压阈值进行比较，如果所述脉冲群的峰值电压超过电压阈值，驱动开关控制电路切断电源。上述检测和保护装置在检测到所述脉冲群的峰值电压超过电压阈值时切断电源，避免电路板漏电或短路时间过长而引起火灾。
文档编号H02H3/20GK102545143SQ20101058351
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月13日 优先权日2010年12月13日
发明者张昊, 易志丹, 王孝元 申请人:华为技术有限公司