一种PCB模块及其控制系统的制作方法

一种pcb模块及其控制系统
技术领域
1.本发明涉及电路板技术领域，具体是一种pcb模块及其控制系统。


背景技术：

2.印刷电路板(printed circuit board，pcb)作为实现电子元件电气连接和固定的载体，采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构，在现代化生产制造诸多领域得到了广泛应用；目前大功率大电流电器应用范围越来越广泛，使用功率元件控制的电子电路也越来越普及，未来的发展趋势是功率元件越来越小，安装空间也越来越小，而控制通过的电流越来越大，这就对功率元件的散热方式提出很高的要求；
3.为达到更好的散热目的，现在通常功率元件都为直插式安装，背面固定散热片，但是电路板在进行温度控制时处理效率低且安全使用得不到保障，散热效果不突出，不能自动调节；同时现有的电路板控制系统不能够实时监测电路板的运行数据并进行预警分析，导致电路板的工作效率降低，缩短电路板的使用寿命。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种pcb模块及其控制系统。
5.为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出一种pcb模块的控制系统，包括检测电路、数据采集模块、电气分析模块、控制模块、报警模块以及散热防护模块；
6.所述数据采集模块用于采集所述检测电路得到的第一检测结果并将第一检测结果上传至电气分析模块，所述第一检测结果包括与所述检测电路相连的pcb本体的电气参数；
7.所述电气分析模块用于根据所述第一检测结果判断与检测电路相连的pcb本体的电气参数是否正常；若安稳值α＞预设阈值，则表示电气参数异常，生成电气异常信号；所述电气分析模块用于将电气异常信号经控制模块传输至报警模块，所述报警模块接收到电气异常信号后发出警报；
8.所述pcb本体上连接有散热装置，所述散热防护模块用于监测pcb本体的温度数据并对温度数据进行处理分析，判断散热装置的散热效果以及是否需要更换散热装置，具体表现为：
9.若积热系数kp大于积热阈值，则判定当前pcb本体处于积热状态；
10.若pcb本体处于积热状态，则判定散热装置的散热性能差，生成散热更换信号，并将散热更换信号发送至管理人员的手机终端，提示管理人员更换pcb本体上的散热装置。
11.进一步地，所述电气分析模块的具体分析步骤为：
12.s21：当pcb本体通电后，获取pcb本体的电气参数dc；
13.若电气参数dc＞对应的参数阈值且对应的持续时长超过预设时长，则此时电气参数异常，生成电气异常信号；
14.s22：建立电气参数dc随时间变化的曲线图；从初始时刻起，按照预设的采集间隔时长采集pcb本体的电气参数，将采集的电气参数标记为dci；
15.令最新采集的电气参数为dcn，取dcn及其前m组电气参数的值，将其标记为区间参数ji，i＝n-m，
…
，n；其中m为预设值；
16.s23：根据区间参数ji，求取电气参数的安稳值α，具体计算方法为：
17.当n≤m时；此时自动对m的值进行重置，令m＝n-1；
18.首先令i＝n-m，将此时的区间参数值标记为基准值p；利用公式获取得到安稳值α；其中|p-ji|表示求取p与ji差值的绝对值；
19.s24：若安稳值α≤预设阈值，则令i＝n-m+1，将此时采集的电气参数标记为基准值p，继续计算新的安稳值α，以此类推；若安稳值α＞预设阈值，则表示电气参数异常，生成电气异常信号。
20.进一步地，所述散热防护模块的具体分析步骤为：
21.步骤一：将pcb本体表面的温度标记为ci，建立ci随时间变化的曲线图，并标记为温度曲线图；对温度曲线图进行求导获取温度变化速率曲线图；
22.步骤二：将温度ci与极限温度阈值相比较；若符合第一预设条件，则判定pcb本体表面温度高，生成温度异常信号，并将温度异常信号发送至控制模块，所述控制模块接收到温度异常信号后控制pcb本体断电，避免pcb本体被高温损坏；
23.步骤三：若不符合第一预设条件，则获取温度的变化速率值并标记为ht，根据ht的变化情况分析计算得到pcb本体的积热系数kp，判断pcb本体是否处于积热状态。
24.进一步地，所述第一预设条件为：ci≥极限温度阈值且对应的持续时长超过预设时长。
25.进一步地，所述积热系数kp的具体分析过程如下：
26.s31：将温度的变化速率值ht与预设速率阈值相比较，若ht≥预设速率阈值，则在对应的曲线图中截取对应的曲线段并标注为红色，记为威胁曲线段；
27.s32：统计威胁曲线段的数量为q1，将所有的威胁曲线段对时间进行积分并求和得到威胁参考能量q2，利用kp＝q1
×
g1+q2
×
g2计算得到当前pcb本体的积热系数kp，其中g1、g2为系数因子；
28.进一步地，所述检测电路用于检测与所述检测电路相连的pcb本体的电气参数；所述电气参数包括总电流、导通电阻和电压中至少一个。
29.进一步地，一种pcb模块，用于执行上述一种pcb模块的控制系统，包括pcb本体和固定螺栓；
30.所述pcb本体上焊接有电子元件，所述电子元件为表贴式元件；所述电子元件的上表面设置有散热装置，所述散热装置包括散热基板以及位于所述散热基板上表面的散热翅；
31.多个电子元件同时与散热装置相连接，电子元件和散热装置之间设置有绝缘导热垫片，所述绝缘导热垫片与散热装置之间以及所述绝缘导热垫片与电子元件之间设置有导
热硅胶。
32.进一步地，所述电子元件为功率元件，若干根固定螺栓的一端从pcb本体的背面穿过并从pcb本体的正面穿出后与散热装置固定连接，将所述散热装置固定到所述pcb本体上。
33.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
34.1、本发明中所述pcb本体正面的电子元件采用表贴的方式进行安装，且电子元件的上表面设置有散热装置，电子元件散发出的热量通过绝缘导热垫片以及导热硅胶传递给散热装置，然后再通过正面的散热装置进行散热，散热效果好；
35.2、当pcb本体通电后，所述电气分析模块用于根据所述第一检测结果判断与检测电路相连的pcb本体的电气参数是否正常，若电气参数dc＞对应的参数阈值且持续时长超过预设时长，则生成电气异常信号；否则建立电气参数dc随时间变化的曲线图，令最新采集的电气参数为dcn，取dcn及其前m组电气参数的值，将其标记为区间参数ji，然后根据区间参数ji，求取电气参数的安稳值α，若安稳值α＞预设阈值，则生成电气异常信号；控制模块接收到电气异常信号后，控制报警模块发出警报，以提醒管理人员对pcb本体进行检修；
36.3、本发明中所述散热防护模块用于监测pcb本体的温度数据并对温度数据进行处理分析，若符合第一预设条件，则判定pcb本体表面温度高，生成温度异常信号，所述控制模块接收到温度异常信号后控制pcb本体断电，避免pcb本体被高温损坏；若不符合第一预设条件，则获取温度的变化速率值并标记为ht，根据ht的变化情况分析计算得到pcb本体的积热系数kp，判断pcb本体是否处于积热状态，以提示管理人员更换pcb本体上的散热装置，提高散热效果，避免pcb本体因高温损坏，延长电路板的使用寿命。
附图说明
37.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
38.图1为本发明一种pcb模块的控制系统的系统框图。
39.图2为本发明一种pcb模块的结构示意图。
40.图中：1、pcb本体；2、散热装置；3、绝缘导热垫片；4、电子元件；5、固定螺栓。
具体实施方式
41.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
42.如图1至图2所示，一种pcb模块的控制系统，包括检测电路、数据采集模块、电气分析模块、控制模块、报警模块以及散热防护模块；
43.所述检测电路用于检测与所述检测电路相连的pcb本体1的电气参数；所述电气参数包括总电流、导通电阻和电压中至少一个；
44.所述数据采集模块用于采集所述检测电路得到的第一检测结果并将第一检测结果上传至电气分析模块，所述第一检测结果包括与所述检测电路相连的pcb本体1的电气参数；
45.所述电气分析模块用于根据所述第一检测结果判断与检测电路相连的pcb本体1的电气参数是否正常，具体分析步骤为：
46.s21：当pcb本体1通电后，获取pcb本体1的电气参数，并标记为dc；
47.将电气参数dc与对应的参数阈值相比较；
48.若电气参数dc＞对应的参数阈值且电气参数dc＞对应的参数阈值的持续时长超过预设时长，则此时电气参数异常，生成电气异常信号；
49.s22：建立电气参数dc随时间变化的曲线图；从初始时刻起，按照预设的采集间隔时长采集pcb本体1的电气参数，将采集的电气参数标记为dci；
50.令最新采集的电气参数为dcn，取dcn及其前m组电气参数的值，将其标记为区间参数ji，i＝n-m，
…
，n；其中m为预设值；
51.s23：根据区间参数ji，求取电气参数的安稳值α，具体计算方法为：
52.当n≤m时；此时自动对m的值进行重置，令m＝n-1；首先令i＝n-m，将此时的区间参数值标记为基准值p；利用公式获取得到安稳值α；其中|p-ji|表示求取p与ji差值的绝对值；
53.s24：将安稳值α与预设阈值相比较；若安稳值α≤预设阈值，则令i＝n-m+1，将此时采集的电气参数标记为基准值p，继续计算新的安稳值α，以此类推；
54.若安稳值α＞预设阈值，则表示电气参数异常，生成电气异常信号；所述电气分析模块用于将电气异常信号经控制模块传输至报警模块，所述报警模块接收到电气异常信号后发出警报，以提醒管理人员对pcb本体1进行检修；
55.所述pcb本体1上连接有散热装置2，所述散热防护模块用于监测pcb本体1的温度数据并对温度数据进行处理分析，判断散热装置2的散热效果以及是否需要更换散热装置2，其中，温度数据为pcb本体1表面的温度，具体分析步骤为：
56.步骤一：将pcb本体1表面的温度标记为ci，建立温度ci随时间变化的曲线图，并标记为温度曲线图；对温度曲线图进行求导获取温度变化速率曲线图；
57.步骤二：将温度ci与极限温度阈值相比较；
58.若符合第一预设条件，则判定pcb本体1表面温度高，生成温度异常信号，并将温度异常信号发送至控制模块，所述控制模块接收到温度异常信号后控制pcb本体1断电，避免pcb本体1被高温损坏；其中所述第一预设条件为：ci≥极限温度阈值且ci≥极限温度阈值的持续时长超过预设时长；
59.步骤三：若不符合第一预设条件，则获取温度的变化速率值并标记为ht，判断pcb本体1是否处于积热状态；具体步骤为：
60.s31：将温度的变化速率值ht与预设速率阈值相比较，若ht≥预设速率阈值，则在对应的曲线图中截取对应的曲线段并标注为红色，记为威胁曲线段；
61.s32：统计威胁曲线段的数量为q1，将所有的威胁曲线段对时间进行积分并求和得到威胁参考能量q2，利用kp＝q1
×
g1+q2
×
g2计算得到当前pcb本体1的积热系数kp，其中
g1、g2为系数因子；
62.s33：将积热系数kp与积热阈值相比较，若kp大于积热阈值，则判定当前pcb本体1处于积热状态；
63.步骤四：若pcb本体1处于积热状态，则判定散热装置2的散热性能差，生成散热更换信号，并将散热更换信号发送至管理人员的手机终端，提示管理人员更换pcb本体1上的散热装置2，提高散热效果，避免pcb本体1因高温损坏，延长电路板的使用寿命；
64.在本实施例中，还公开了一种pcb模块，用于执行上述控制系统，包括pcb本体1，所述pcb本体1为现有技术，其具体结构在此不做赘述；
65.所述pcb本体1上焊接有电子元件4，所述电子元件4为表贴式元件，优选的，所述电子元件4为功率元件；
66.所述表贴式电子元件4的上表面设置有散热装置2，且所述散热装置2与所述pcb本体1固定连接，一般的，所述散热装置2包括散热基板以及位于所述散热基板上表面的散热翅，热量通过散热基板传递给散热翅进行散热；
67.多个电子元件4同时与散热装置2相连接，进行导热时，因为多个表贴式电子元件4的高度可能不相同，为达到充分接触导热，在电子元件4和散热装置2之间可以加绝缘导热垫片3，此外为了固定以及导热效果更好，所述绝缘导热垫片3与所述散热装置2之间以及所述绝缘导热垫片3与所述电子元件4之间设置有导热硅胶；
68.进一步的，若干根固定螺栓5的一端从所述pcb本体1的背面穿过并从所述pcb本体1的正面穿出后与所述散热装置2固定连接，将所述散热装置2固定到所述pcb本体1上；
69.综上，本技术中所述pcb本体1正面的电子元件4采用表贴的方式进行安装，且电子元件4的上表面设置有散热装置2，电子元件4散发出的热量通过绝缘导热垫片3以及导热硅胶传递给散热装置2，然后再通过正面的散热装置2进行散热，散热效果好。
70.上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。
71.本发明的工作原理：
72.一种pcb模块及其控制系统，在工作时，所述pcb本体1正面的电子元件4采用表贴的方式进行安装，且电子元件4的上表面设置有散热装置2，电子元件4散发出的热量通过绝缘导热垫片3以及导热硅胶传递给散热装置2，然后再通过正面的散热装置2进行散热，散热效果好；
73.当pcb本体1通电后，所述数据采集模块用于采集所述检测电路得到的第一检测结果并将第一检测结果上传至电气分析模块，所述电气分析模块用于根据所述第一检测结果判断与检测电路相连的pcb本体1的电气参数是否正常，若电气参数dc＞对应的参数阈值且持续时长超过预设时长，则生成电气异常信号；否则建立电气参数dc随时间变化的曲线图，令最新采集的电气参数为dcn，取dcn及其前m组电气参数的值，将其标记为区间参数ji，然后根据区间参数ji，求取电气参数的安稳值α，若安稳值α＞预设阈值，则生成电气异常信号；控制模块接收到电气异常信号后，控制报警模块发出警报，以提醒管理人员对pcb本体1进行检修；
74.所述散热防护模块用于监测pcb本体1的温度数据并对温度数据进行处理分析，判
断散热装置2的散热效果以及是否需要更换散热装置2；将温度ci与极限温度阈值相比较；若符合第一预设条件，则判定pcb本体1表面温度高，生成温度异常信号，所述控制模块接收到温度异常信号后控制pcb本体1断电，避免pcb本体1被高温损坏；若不符合第一预设条件，则获取温度的变化速率值并标记为ht，判断pcb本体1是否处于积热状态；若pcb本体1处于积热状态，则判定散热装置2的散热性能差，生成散热更换信号，提示管理人员更换pcb本体1上的散热装置2，提高散热效果，避免pcb本体1因高温损坏，延长电路板的使用寿命。
75.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
76.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。