CN109565928B - 用于在印刷电路板中布置熔丝的方法和设备 - Google Patents

Abstract

用于在印刷电路板（65）中布置熔丝的方法和设备包括：功率输入（37），所述功率输入（37）配置成连接到功率源（25）；至少一个电气组件，所述至少一个电气组件连接到所述功率输入（37）；第一输出，所述第一输出连接到所述至少一个电气组件并且配置成连接到负载（20）；以及熔丝，所述熔丝设置在所述至少一个电气组件与所述第一输出之间，并且具有第一跳闸额定。

Description

用于在印刷电路板中布置熔丝的方法和设备

背景技术

电功率系统例如见于飞行器配电系统中的那些电功率系统将发电系统或功率源(例如发电机)用于生成用于向飞行器的系统和子系统供电的电力。当电力穿过电气汇流条以将功率从功率源输送到电气负载时，分散于整个功率系统的配电节点确保输送到电气负载的功率满足负载的设计功率标准。配电节点例如能够进一步提供升压或降压功率转换、直流(DC)至交流(AC)功率转换或AC至DC功率转换或者开关操作以便根据例如可用配电供应、电气负载功能性的关键程度或者飞行器操作模式(例如起飞、巡航或地面操作)有选择地启用或禁用功率到特定电气负载的输送。在一些配置中，配电节点能够包括设置在印刷电路板上的电功率组件。

发明内容

在一个方面中，本公开涉及一种印刷电路板，其包括：功率输入，该功率输入配置成连接到功率源；至少一个电气组件，该至少一个电气组件连接到该功率输入；第一输出，该第一输出连接到该至少一个电气组件并且配置成连接到负载；负载熔丝，该负载熔丝设置在该至少一个电气组件与该第一输出之间，并且具有第一跳闸额定；以及输入熔丝，该输入熔丝设置在该功率输入与该至少一个电气组件之间，并且具有高于该第一跳闸额定的第二跳闸额定。

在另一方面中，本公开涉及一种布置熔丝的方法，其包括：确定具有公共输入的电路的至少两个预期输出连接的集合；为至少两个预期输出连接的集合确定熔丝跳闸额定的对应集合；将至少两个预期输出连接的集合的电气特性的集合比较，并且选择对应于第一预期输出连接的具有最大确定的熔丝跳闸额定的第一熔丝以及对应于第二预期输出连接的至少一个其他熔丝，其中至少一个其他熔丝与第一熔丝相比具有更低的熔丝跳闸额定；以及将第一熔丝设置在公共输入处并且将至少一个其他熔丝设置在第一熔丝下游的第二预期输出连接处。

在又一方面中，本公开涉及一种印刷电路板，其包括：功率输入，该功率输入配置成连接到功率源；输出；至少一个功率开关元件，该至少一个功率开关元件设置在功率输入和输出之间；以及输入熔丝，该输入熔丝设置在功率输入和至少一个可开关元件之间。至少一个功率开关元件可操作地控制与输出连接的电气负载的激励。

附图说明

在附图中：

图1是飞行器以及飞行器的配电系统的自顶而下示意图。

图2图示按照本文所述的各个方面的图1的配电系统的示例示意图。

图3是按照本文所述的各个方面的功率输入区域的分解透视图。

图4是按照本文所述的各个方面的沿图2的线条IV-IV所截取的功率输入区域的示意截面图。

图5图示按照本文所述的各个方面的图1的另一个配电系统的示例示意图。

图6是按照本文所述的各个方面的示范检测电气故障的方法的示例流程图。

图7是按照本文所述的各个方面的示范布置熔丝的方法的示例流程图。

具体实施方式

本发明的所述方面针对与检测导体(包括但不限于印刷电路板的导电路径或印刷电路板本身)中的电气故障或者非预计电流传输关联的方法和设备。其中能够使用这种方法和设备的另一个非限制性示例环境包括但不限于飞行器的配电系统，包括配电网和配电单元。其中能够使用这种方法和设备的又一个非限制性示例环境包括固态功率开关或固态功率控制器(SSPC)。虽然本描述主要针对用于飞行器并且具有电路板的配电单元，但是它也可适用于使用具有将导电层与接地电流路径绝缘的至少一个非导电层的导体的任何环境，其中电气故障能够发生，其引起导体的接地或者导体与接地电流路径之间的非预计电流传输。例如，本文所述的本公开的方面同样可适用于电路断路器、继电器或者具有高功率电平(大约数百伏特)的相关配置，例如功率供应或马达控制器。

如本文所使用的，熔丝能够选择或配置成按照“熔丝额定（rating）”或“跳闸额定”特性进行操作，由此熔丝在所传导的功率低于熔丝额定或“额定的”特性时传导功率，但是在所传导的功率高于熔丝额定或额定的特性时阻止或停止功率的传导。换言之，“跳闸”或超过熔丝的额定的特性引起经过熔丝的功率传输的停止。熔丝或熔丝额定特性的非限制性方面能够包括但不限于选择或配置成相对功率特性(例如电压或安培)或者热特性(例如温度)进行操作的特性。另外，熔丝的非限制性方面能够包括可重置熔丝，使得跳闸熔丝能够重置以传导功率，或者熔丝的非限制性方面能够包括永久熔丝，其中熔丝的至少一部分在跳闸时被物理破坏，并且必须更换熔丝。

虽然将描述各种元件的“集合”，但是将会理解，“集合”能够包括任何数量的相应元件，包括仅一个元件。另外，虽然电流或电压值描述为“感测”或“测量”相应电流和电压特性，但是理解的是，感测或测量能够包括对指示、关于或表示电流或电压特性的值的确定，而不是实际电流或电压值。

而且如本文所使用的，与阈值有关的术语“超过”或“满足”用来意味着一个或多个相应值满足预定阈值，例如等于或小于阈值或者处于阈值范围之内。例如，如果所感测的值下降到低于最小阈值，则该值能够“超过”阈值。将理解的是，这种确定可易于改变成通过正/负比较、超过比较或者真/假比较来满足。

连接参考（connection reference）(例如附连、耦合、连接和接合)要被广义地理解，并且能够包括元件集合之间的中间构件以及元件之间的相对移动，除非另加指示。因此，连接参考不一定推断两个元件直接连接并且相互处于固定关系。示范附图仅为了便于说明，以及附连于此的附图中反映的尺寸、位置、顺序和相对大小能够变化。

而且，如本文所使用的，“电气接地”能够包括具有与对应激励导体不同的电位的任何导电连接。本公开的方面能够包括但不限于诸如0伏特(直流)之类的电气接地、与所激励导体异相的交流、正电压、负电压等。

如图1中所图示的，飞行器10示为具有至少一个燃气涡轮引擎，示为左引擎系统12和右引擎系统14。备选地，功率系统能够具有更少或附加引擎系统。左和右引擎系统12、14能够是基本上相同的，并且还能够包括至少一个功率源，例如电机或发电机18。飞行器示为还具有功率消耗组件或电气负载20例如比如致动器负载、飞行关键负载和非飞行关键负载的集合。电气负载20经由配电系统(包括例如输电线22或汇流条以及配电节点16)与发电机18的至少一个电耦合。将理解的是，图1的本发明的所图示的方面只是配电系统的一个非限制性示例，以及除了所示的那个配电系统之外的许多其他可能方面和配置也被本公开考虑。此外，图1所描绘的各种组件的数量和放置也是与本公开关联的方面的非限制性示例。

在飞行器10中，操作左和右引擎系统12、14提供能够通常经由线轴来提取的机械能以便为发电机18提供驱动力。发电机18又生成功率(例如AC或DC功率)，并且将所生成的功率提供给传输线22，其将功率输送到配电节点16，其定位于整个飞行器10。配电节点16经由传输线22接收AC或DC功率，并且能够根据需要提供开关、功率转换或分配管理功能，以便将预期的电功率提供给电气负载20以供负载操作。

示例配电管理功能能够包括但不限于根据例如可用配电供应、电气负载20功能性的关键程度或者飞行器操作模式(例如起飞、巡航或地面操作)有选择地启用或禁用功率(例如激励)到特定电气负载20的输送。能够包括附加管理功能。此外，用于向电气负载20提供功率的附加功率源(例如紧急功率源、冲压空气涡轮系统、起动器/发电机或电池)能够被包含，并且能够替代功率源。将理解的是，虽然本发明的一个方面在飞行器环境中示出，但是本发明并不局限于此，而是对于非飞行器应用(例如其他移动应用和非移动工业、商业以及住宅应用)中的电功率系统具有一般应用。

图2图示图1的配电系统23的示意图。如所示的，配电系统23能够包括但不限于功率源25、电气负载20的集合、故障检测电路(示为泄漏电流检测器29)和配电节点16。配电节点16还能够包括但不限于一次配电单元24、二次配电单元26和控制器模块28。功率源25与一次配电单元24导电耦合，一次配电单元24还与二次配电单元26的集合导电耦合。虽然为了简洁起见仅以示意细节图示了单个二次配电单元26，但是二次配电单元26的集合在结构或功能上能够是二次配电单元26的所图示方面的复制。二次配电单元26能够与电气负载20的集合和泄漏电流检测器29导电耦合，并且能够与控制器模块28通信耦合。

一次配电单元24能够包括但不限于熔丝的第一集合31，其将功率源25与二次配电单元26的集合相互连。在所图示的非限制性配置中，熔丝的第一集合31能够包括第一熔丝41、第二熔丝43和第三熔丝45。在一个示例配置中，一次配电单元24能够包括印刷电路板(PCB)65或平面电路板基底，其布置或配置成携带（carry）上述组件。在一个非限制性示例中，PCB 65能够包括接合树脂或者另一个有效或可操作接合材料。在一个方面中，熔丝的第一集合31能够对应于二次配电单元26的相应集合。在另一非限制性方面中，熔丝的集合31能够选择或配置成按照通用熔丝额定特性(例如100安培)进行操作。在另一非限制性方面中，熔丝41、43、45能够选择或配置成基于配电系统23的预期电气操作以相异熔丝额定进行操作。在又一非限制性方面中，熔丝41、43、45能够选择或配置成限制供应给二次配电单元26的最大功率或者其最大功率需求，并且因而又能够至少部分取决于相应耦合的二次配电单元26的选择或配置。

二次配电单元26还能够包括PCB 65或平面电路板基底，并且在一个非限制性方面中图示为包括携带或支承至少一个电气组件，例如第一固态功率控制器(SSPC)30、第二SSPC 32和第三SSPC 34。SSPC电耦合到上游功率输入区域35，其接收来自一次配电单元24的输入37。功率输入区域35电连接到输入37，并且能够包括熔丝的第二集合39，其设置在输入37与SSPC 32、34、36的相应集合之间。在所图示的非限制性方面中，熔丝的第二集合39能够包括第四熔丝47、第五熔丝49和第六熔丝51。在本公开的这个非限制性方面中，第一SSPC30能够与熔丝的第二集合39中的一个熔丝(例如第四熔丝47)电耦合，第二SSPC 32能够与熔丝的第二集合39的另一个熔丝(例如第五熔丝49)电耦合，以及第三SSPC 34能够与熔丝的第二集合39的又一个熔丝(例如第六熔丝51)电耦合。在本公开的一个非限制性方面中，熔丝的第二集合39能够选择或可操作地配置成按照通用熔丝额定特性(例如10安培或20安培)进行操作。在另一非限制性方面中，熔丝的第二集合39能够选择或配置成基于配电系统23的预期电气操作以相异熔丝额定的集合(例如混合10安培熔丝和20安培熔丝)进行操作。在本公开的又一非限制性方面中，熔丝的第二集合39能够具有比熔丝的第一集合31要低的额定，使得预计熔丝47、49、51的至少子集在使上游熔丝45跳闸之前跳闸。

在本公开的一个非限制性所图示的方面中，SSPC 30、32、34的集合或者SSPC 30、32、34的子集能够分别包括：SSPC控制逻辑单元36；可开关元件40，其配置成有选择地连接或实现从功率源25或者在输入37处所接收的功率到功率输出的下游集合的功率传输。SSPC30、32、34的集合或者SSPC 30、32、34的子集可选地能够包括功率反馈传感器，其图示为相应电流传感器38的集合。如所图示的，SSPC控制逻辑单元36能够与可选的相应电流传感器38(若存在的话)并且与相应可开关元件40通信连接。SSPC控制逻辑单元36的集合能够配置成按照程序或者可执行代码的集合有选择地操作可开关元件40的相应集合。在本公开的另一方面中，SSPC 30、32、34的一个或多个能够是由数字或模拟可控逻辑元件(包括但不限于编程或可编程现场门阵列(即，“FPGA”)、数字逻辑功能、模拟计算功能或者其组合或使能元件)可操作地可控的。

能够包括本公开的非限制性方面，其中SSPC控制逻辑单元36的集合能够与控制器模块28进一步可通信耦合，使得控制器模块28能够可操作地控制SSPC 30、32、34的集合或者SSPC控制逻辑单元36的集合的方面，例如有选择地启用或禁用通过SSPC 30、32、34的集合的功率的供应。在这个意义上，控制器模块28能够可操作地实现或启用配电系统23的功率管理方案。虽然控制器模块28图示为远离二次配电单元26，但是能够包括本公开的非限制性方面，其中二次配电单元26包括控制器模块28，或者其中控制器模块28能够与二次配电单元26的集合通信连接。在本公开的另一非限制性方面中，控制器模块28能够可操作地控制配电节点16处的二次配电单元26的集合或子集或者与一次配电单元24耦合的二次配电单元26的集合或子集。

SSPC 30、32、34的集合能够可操作地或电连接到相应电气负载20的下游集合。例如，如所图示的，第一SSPC 30能够可操作地实现功率到与电气负载20连接的第一二次配电输出42的供应。在另一个所图示的示例中，第二SSPC 32能够可操作地实现功率到第二二次配电输出44和第三二次配电输出48(其进一步连接到相应电气负载20)的同时供应。而且所示的，第二SSPC 32还能够包括第七熔丝46或负载熔丝，其设置在可开关元件40与第三二次配电输出48之间，而不是设置在可开关元件40与第二二次配电输出44之间。能够包括本公开的非限制性方面，其中第七熔丝46与第五熔丝49相比是更低额定的熔丝(即，在诸如更低电压、电流或温度之类的更低熔丝额定特性出故障)。因此，在本公开的一个非限制性方面中，第七熔丝46能够设置成使得第七熔丝46的故障没有中断功率输入与第二二次配电输出44之间的连接。

在又一个所图示的示例中，第三SSPC 34能够可操作地实现功率到第四二次配电输出50和第五二次配电输出54(其进一步连接到相应电气负载20)的同时供应。与第二SSPC32的配置类似，如所示的，第三SSPC 34还能够包括第八熔丝52或负载熔丝，其设置在可开关元件40与第五二次配电输出54之间，而不是设置在可开关元件40与第四二次配电输出50之间。能够包括本公开的非限制性方面，其中第八熔丝52与第六熔丝51相比是更低额定的熔丝(即，在诸如更低电压、电流或温度之类的更低熔丝额定特性出故障)。因此，在本公开的一个非限制性方面中，第八熔丝52能够设置成使得第八熔丝52的故障没有中断功率输入与第四二次配电输出50之间的连接。

二次配电单元26的上述配置提供或实现在相应输出42、44、48、50、54的集合处的功率通过SSPC 30、32、34的集合的供应。在一个方面中，第四熔丝47、第一SSPC 30和第一二次配电输出42的布置实现通过第四熔丝47的熔丝额定所限定的有选择启用的功率供应。在另一方面中，第五熔丝49、第二SSPC 32和第三二次配电出口44的布置实现通过第五熔丝49的熔丝额定所限定的有选择启用的功率供应。在又一方面中，第六熔丝51、第三SSPC 34和第四二次配电出口50的布置实现通过第六熔丝51的熔丝额定所限定的有选择启用的功率供应。

在又一方面中，第五熔丝49、第二SSPC 32、第七熔丝46和第三配电出口48的布置实现通过第七熔丝46(其预计在具有更高熔丝额定的任一个上游熔丝45、49的跳闸之前跳闸)的熔丝额定所限定的有选择启用的功率供应。换言之，第三熔丝45具有比第五熔丝49要高的熔丝额定，以及第三和第五熔丝45、49各自具有比第七熔丝46要高的熔丝额定。在这个意义上，第七熔丝46能够跳闸并且停止功率到第三二次配电出口48的供应，而没有影响功率到第二二次配电输出44的选择性供应。同样地，第六熔丝51、第三SSPC 34、第八熔丝52和第五配电出口54的布置实现通过第八熔丝52(其预计在具有更高熔丝额定的任一个上游熔丝45、51的跳闸之前跳闸)的熔丝额定所限定的有选择启用的功率供应。换言之，第三熔丝45具有比第六熔丝51要高的熔丝额定，以及第三和第六熔丝45、51各自具有比第八熔丝52要高的熔丝额定。在这个意义上，第八熔丝52能够跳闸并且停止功率到第五二次配电出口54的供应，而没有影响功率到第四二次配电输出50的选择性供应。

在这个配置中，电气负载20能够基于例如适应于负载20的电气操作特性的特定集合通过有效熔丝额定的集合有选择地供电。在本公开的一个非限制性方面中，与第一SSPC30所耦合的第四熔丝47能够是10 Amp熔丝，从而为连接到第一出口42的电气负载20提供10Amp有效熔丝额定。在本公开的另一非限制性方面中，与第三SSPC 34相连接的第六熔丝51能够包括20 Amp熔丝，以及第八熔丝52能够包括10 amp熔丝。在这个配置中，连接到第四出口50的电气负载20能够具有20 Amp有效熔丝额定，而连接到第五出口54的电气负载20能够具有10 Amp有效熔丝额定。虽然只有单个代表性电气负载20图示为连接到每个二次配电单元输出42、44、48、50、54，但是本公开的方面能够包括与相应输出42、44、48、50、54串联或并联连接的电气负载20的集合。

而且所示的，泄漏电流检测器29能够与功率输入区域35相连接，并且配置成感测、测量或接收电流穿过功率输入区域35的至少一部分的指示。

图3更详细地图示功率输入区域35的方面。如所示的，功率输入区域35能够包括非导电PCB或平面电路板层的集合，包括但不限于功率层60、感测层62和接地层64。功率层60能够包括非导电衬底层69，非导电衬底层69支承第一导电层63，第一导电层63具有与功率源25电连接的导体的第一集合66以及与相应SSPC 30、32、34(未示出)相连接的隔开导体的第二集合67。导体的第一和第二集合66、67还能够包括熔丝垫的对应集合68，其配置成与相应熔丝47、49、51(以点线轮廓图示)耦合。导体的第一和第二集合66、67通过非导电衬底层69的至少一部分隔开，使得从导体的第一集合66输送到导体的第二集合67的全部功率通过如上所解释的那样操作的相应熔丝47、49、51进行。如本文所解释的，第一导电层63或功率层60可操作地将功率源25互连到二次配电单元26的电气组件或SSPC 30、32、34的集合，其还与相应电气负载20有选择地连接。

感测层62能够包括非导电衬底层69，其支承与泄漏电流检测器29电连接的第二导电层70。接地层64能够包括非导电衬底层69，其支承电连接到电气接地74的第三导电层72。第二导电层70和第三导电层72设置在相应感测层62和接地层64上，使得当层60、62、64叠加时，第二和第三导电层70、72接近功率层60的导体的第二集合67。如本文所使用的，导电层63、70、72能够包括任何导电材料，包括但不限于金属、合金、铜等。能够包括本公开的非限制性方面，其中在接地层64的第三导电层72中能够仅包含二次配电单元26的电接地74部分。在这个意义上，PCB 65或层60、62、64能够选择、设计、布置、配置或实现成使得电气接地路径可通过第三导电层72用于位于功率输入区域35中或者易出故障区域中的电气故障。

图4图示沿图2的线条IV-IV所截取的组合或叠加功率输入区域35的示意截面图。如所示的，功率层60的第一导电层63与第二导电层70隔开非导电材料(例如非导电衬底层69)的至少一部分。同样地，第二导电层70与第三导电层72隔开非导电材料(例如非导电衬底层69)的至少一部分。

而且所图示的，导体的第二集合67、第二导电层70和第三导电层72设置成使得导体的第二集合67覆盖第二导电层70，其进一步覆盖第三导电层72。如所示的，能够包括本公开的非限制性方面，其中第二导电层70与导体的第二集合67和第三导电层72相比能够具有更大宽度76。

虽然示出分隔层60、62、64的间隙或间距，但是能够包括本公开的非限制性方面，其中相应层60、62、64直接相互邻接，以形成基本上均匀的平面板结构或整体功率输入区域45。例如，层60、62、64能够层压在一起、粘附、机械紧固等。在本公开的另一非限制性方面中，第二导电层70和第三导电层72能够与相应PCB 65或者非导电衬底层69相集成或者集成在其之内，或者能够设置在相应非导电衬底层69的凹陷或沟道内，使得相应层60、62、64的非导电衬底层69能够直接相互邻接。在本公开的又一非限制性方面中，第二或第三导电层70、72能够通过非导电衬底层69的另一个布置来支承。例如，在第一非限制性配置中，功率层60的非导电衬底层69的底侧能够支承第二导电层70。在另一个非限制性配置中，感测层62的非导电衬底层69的底侧能够支承第三导电层72。能够包括附加配置。

在配电系统23的操作期间，功率能够通过二次配电单元26从功率源25有选择地供应到电气负载20。而且在操作期间，非导电衬底层69通常是非导电的，并且防止配电系统23中的错误或者非预计电弧或电气故障。但是，当加热到充分高温度时，非导电衬底层69能够分解，并且留下导电残渣，其能够引起或导致配电系统23中的错误或者非预计电弧或电气故障。因此，如果配电系统23中的电气组件超过热极限、过热等，则非导电衬底层69或者其一部分能够出故障，从而引起电气故障。

一个非限制性示例电气故障在图4中被图示，其中泄漏电流(图示为箭头80)经过感测层62的第二导电层70穿过功率层60的导体的第二集合67到达接地层64的电接地第三导电层72。在这个意义上，第一导电层63与第三导电层72之间的第二导电层70的横向设置(及其宽度76)布置或配置成确保泄漏电流80的导电路径在到电气接地74的途中经过第二导电层70。在电气故障的另一个非限制性示例中，泄漏电流能够穿过功率层60的导体的第二集合67到达感测层62的第二导电层70。在这个非限制性示例中，电气故障没有进一步穿到电接地第三层72。

泄漏电流检测器29能够包括电气或功率感测组件部分，其用来检测、感测或测量经过感测层62的第二导电层70的泄漏电流80或电压的存在或者不存在，而不管泄漏电流80是否穿到电接地第三层72。电气或功率感测组件部分的非限制性示例能够包括电流传感器、电压传感器等。能够包括泄漏电流检测器29的非限制性方面，其中检测器29配置成将从第二导电层70所感测或测量的电流或电压值与泄漏阈值进行比较。如果所感测或测量的电流或电压值超过泄漏阈值，则泄漏电流检测器29能够配置成提供指示泄漏电流80的存在的信号。

提供指示泄漏电流80的存在的信号的非限制性示例能够包括提供电气故障的指示(例如数字错误消息)、提供音频指示符(例如听觉报警82)、提供视觉指示符(例如闪烁灯84)或者向用户或另一个系统(例如错误记录系统86)提供信号或消息。在另一个非限制性配置中，泄漏电流检测器29还能够向控制器模块28提供指示泄漏电流80的存在的信号，控制器模块28还能够响应于泄漏电流80的指示而操作二次配电单元26。例如，控制器模块28能够响应于泄漏电流80的存在的指示而可操作地控制、永久地禁用或暂时挂起SSPC 30、32、34的子集的操作，以降低任何持续电气故障活动的影响。

虽然以上操作描述比较和确定所感测或测量的电流值是否超过泄漏阈值，但是附加的非限制性比较或确定能够包括瞬时电流、平均电流、电流的变化率等。同样地，虽然以上操作描述比较和确定所感测或测量的电压值是否超过泄漏阈值，但是附加的非限制性比较或确定能够包括瞬时电压、平均电压、电压的变化率。

泄漏阈值能够基于例如上述最小阈值或电平，或者不受因第二导电层70与第一导电层63的接近性(包括但不限于电容耦合或电感耦合)而引起的电流的影响。

图5图示按照本公开的另一方面的配电系统123。配电系统123与配电系统23类似；因此，相似部件将采用增加100的相似数字来标识，其中理解的是，配电系统23的相似部件的描述适用于配电系统123，除非另有说明。一个差别在于，一次配电单元124能够包括可开关元件190，其与连接到二次配电单元26的电气路径串联（in-line）。可开关元件190还能够可控地连接到控制器模块28。在这个配置中，控制器模块28能够响应于泄漏电流80的存在的指示而可操作地控制、永久地禁用或暂时挂起二次配电单元26的操作(如本文所述的)，以降低任何持续电气故障活动的影响。

图6图示示范检测印刷电路板中(例如二次配电单元26中)的电气故障的方法200的流程图。方法200开始于在210处沿互连电气组件的集合的第一导电层63来传送电流。随后，方法200通过下列步骤进行操作：在220处由连接到第二导电传感器层70的泄漏电流检测器29感测第二导电传感器层70中的电流。在230处当所感测的电流满足故障阈值时，泄漏电流检测器29确定印刷电路板中的电气故障在第一导电层63与第三导电层72之间发生。随后，泄漏电流检测器29生成指示电气故障的信号。在方法200的一个非限制性方面中，泄漏电流检测器29还能够响应于生成指示电气故障的信号而停止沿第一导电层63传送电流。在方法200的另一非限制性方面中，停止电流的传送还能够包括可控地操作印刷电路板上游的一次配电单元24、124中的至少一个，或者可控地操作定位成与第一导电层63电串联的印刷电路板的固态功率控制器30、32、34。

所描绘的序列仅为了便于说明，而决不是要限制方法200，因为理解的是，该方法的部分能够按照不同逻辑顺序进行，能够包含附加或中间部分，或者该方法的所述部分能够分为多个部分，或者该方法的所述部分能够省略，而不会有损于所述方法。

图7图示示范例如在二次配电单元26中布置熔丝的方法300的流程图。方法300开始于在310处确定具有公共输入的电路的至少两个预期输出连接的集合。在一个非限制性示例中，至少两个预期输出连接能够包括第二二次配电输出44和第三二次配电输出48。随后，方法300通过下列步骤进行操作：在320处确定至少两个预期输出连接的对应集合的熔丝跳闸额定的集合。方法300通过在330处比较至少两个预期输出连接的电气特性的集合，并且选择具有最大确定熔丝跳闸额定的与第一预期输出连接(例如第二二次配电输出44)对应的第一熔丝(例如第五熔丝49)以及与第二预期输出连接(例如第三二次配电输出48)对应的至少一个其他熔丝(例如第七熔丝46)来继续。如本文所解释的，至少一个其他熔丝(例如第七熔丝46)与第一熔丝(例如第五熔丝49)相比具有更低的跳闸额定。随后，方法300包括在340处，在公共输入处设置第一熔丝，并且在第一熔丝的下游的第二预期输出连接处设置至少一个其他熔丝，如本文所述的。

所描绘的序列仅为了便于说明，而决不是要限制方法200，因为理解的是，该方法的部分能够按照不同逻辑顺序进行，能够包含附加或中间部分，或者该方法的所述部分能够分为多个部分，或者该方法的所述部分能够省略，而不会有损于所述方法。例如，在本公开的一个非限制性方面中，在340处的设置能够包括与第一预期输出连接电并联地设置至少一个其他熔丝。

本公开还考虑除了上述附图所示的实施例、方面和配置之外的许多其他可能的实施例、方面和配置。例如，设想本发明的方面能够包含在配电系统的多个点处，使得能够确定包含电气故障的特定点或段，以及例如功率供应能够经过备选电气路径重新路由以到达电气负载20。本文所述的阈值能够被估计、任意设置、凭经验确定或者参照现有值来定义(例如高于或低于输出电压的移动平均2伏特)。另外，各种组件的设计和放置能够重新布置成使得可实现多种不同串联配置。

另外，PCB 65或者非导电衬底层69布局设计的方面能够选择成使得功率层60或附加导电PCB层能够形成或包括保护轨迹（guard track）或区域，其经由通孔或等效体来连接到感测层62。当功率层60包括以相异电气特性(例如以不同电压电平)进行操作的功率电平的集合时，能够利用保护轨迹和区域。在本公开的又一方面中，第二导电层70能够包括可熔导电网格，使得持续电流在一个非限制性示例中大于10毫安，导电网格例如在触发泄漏电流检测机制之后或者在向泄漏电流检测器29传送信号之后熔断，而不允许附加PCB 65的破坏。在本公开的又一方面中，功率层、感测层或接地层中的至少一个能够沿整个PCB 65被包含，并且因而将不会局限于功率输入区域。

在本公开的又一方面中，PCB 65能够包括具有附加导电路径的更多衬底层69，以及上述公开的方面能够包含在附加衬底层69的多个不同配置中。

本文所公开的方面提供用于检测电路中的电气故障的设备和方法。本公开的方面实现或提供PCB绝缘击穿检测，其通过将附加导电区域添加到PCB(其连接到检测电路)来取得。这些区域在战略上设计成能够与高功率轨迹和平面区域紧邻，使得绝缘的早期降级将引起对检测电路的泄漏电流，其能够触发适当保护动作。另外，通过将每SSPC的最高额定的熔丝设置到对PCB的功率输入处的备用（alternate）电路位置，熔丝能够履行其原始作用以及针对PCB或PCB衬底层故障的保护。能够包括本公开的非限制性方面，其中功率输入区域配置或者相应SSPC上游的最高额定的熔丝的设置能够相互无关地实现。

技术效果在于，上述方面实现电路中的电气故障的检测或确认，并且提供这类故障的检测或确认的指示。能够在上述方面实现的一个优点在于，上述方面提供配电系统中的电气故障的主动检测。用来控制或变换外部负载的高功率的电路难以保护，因为故障或泄漏电流可以能够在PCB附近生成大量热量，但与输送到负载的电流电平相比是较小的，并且因此不可能通过过电流跳闸或熔丝来检测。

本公开的又一个优点是每SSPC的最高额定的熔丝配置到SSPC上游的对PCB的功率输入处的备用电路位置。通过如本公开所述的那样布置这些熔丝的物理位置、功率输入连接和PCB导体图案（conductor pattern），熔丝持续履行其原始作用以及针对PCB或PCB衬底层故障的保护。这具有检测相对小泄漏电流的能力，这能够引起不取决于故障通路阻抗下降到将会熔断供应熔丝的等级的及早检测。如本文所使用的，“相对小”能够是相对于输入功率供应；例如10 A对100 A功率供应或功率输入是相对小的。在另一个非限制性示例中，10 mA是相对小的。

上述方面的另一个优点在于，一个或多个电气系统中的泄漏电流检测器可以能够准确定义电气故障发生的位置。这能够允许极健壮的系统，其中电气故障因一个或多个电弧泄漏电流检测器与任何给定故障点的接近性而能够快速定位(并且安全地中断)。另外，通过定位故障点，系统能够允许功率绕故障的重新路由(若可用的话)，从而提供电力网中的冗余度。因此，上述方面为飞行器电功率分配系统提供增加安全性，并且因此改进飞行器和空中航行的总体安全性。此外，准确定义电气故障发生的位置减少或消除与必须手动测试和定位电气故障关联的任何附加维护时间或成本。

上述方面的又一个优点在于，除了SSPC跳闸控制之外，本文所述的各种熔丝的布置还允许、实现或提供冗余电气故障保护，或者能够替代SSPC跳闸控制，如本文所述的。另外，通过将熔丝的至少子集定位到二次配电单元的输入侧能够允许或提供内部连接(例如PCB轨迹等)，能够在比常规配电单元要低的电流下熔断。在电气故障的情况下，降低的熔断电流能够降低破坏程度。在又一个优点中，上述方面在早期故障阶段或状态、可能甚至在观察者注意到所述故障之前提供电气故障保护和电流吸收。

在尚未描述的方面来说，各个方面的不同特征和结构能够根据需要相互结合使用。一个特征不能在全部方面中图示并不意味着要被理解为它不可为，而是为了描述的简洁起见而进行。因此，不同方面的各种特征能够根据需要来混合和匹配，以形成新实施例，无论新实施例是否明确描述。通过本公开涵盖本文所述特征的组合或置换。

本书面描述使用包含最佳模式的示例来公开本发明的实施例，并且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明的实施例，包含制作和使用任何装置或系统，以及执行任何结合方法。本发明的可取得专利范围由权利要求书来限定，并且能够包含本领域的技术人员想到的其他示例。如果这类其他示例具有与权利要求的文字语言完全相同的结构单元，或者如果它们包含具有与权利要求的文字语言的非实质差异的等效结构单元，则预计它们处于权利要求的范围之内。

Claims (20)

1.一种印刷电路板，包括：

功率输入，所述功率输入配置成连接到功率源；

至少一个电气组件，所述至少一个电气组件连接到所述功率输入；

第一输出，所述第一输出连接到所述至少一个电气组件并且配置成连接到负载；

负载熔丝，所述负载熔丝设置在所述至少一个电气组件和所述第一输出之间，并且具有第一跳闸额定；以及

输入熔丝，所述输入熔丝设置在所述功率输入和所述至少一个电气组件之间，并且具有比所述第一跳闸额定要高的第二跳闸额定，

其中所述印刷电路板还包括功率输入区域，所述功率输入区域具有所述功率输入、将所述功率输入与所述第一输出互连的第一导电层、连接到电气接地的第二导电层以及在所述第一导电层和所述第二导电层之间的第三导电感测层。

2.如权利要求1所述的印刷电路板，其中非导电材料将所述第一导电层与所述第三导电感测层分隔，并且将所述第三导电感测层与所述第二导电层分隔。

3.如权利要求2所述的印刷电路板，还包括故障检测电路，所述故障检测电路电连接到所述第三导电感测层并且配置成在穿过所述非导电材料的电流到达所述第三导电感测层时发送表示故障的信号。

4.如权利要求3所述的印刷电路板，还包括固态功率控制器，所述固态功率控制器电连接到所述第一导电层并且可操作地配置成选择性地将所述功率输入与所述输出连接。

5.如权利要求4所述的印刷电路板，其中所述故障检测电路配置成至少基于表示故障的所述信号来操作所述固态功率控制器。

6.如任一前述权利要求所述的印刷电路板，还包括配置成连接到第二负载的第二输出。

7.如权利要求6所述的印刷电路板，其中所述负载熔丝电串联设置在所述至少一个电气组件和所述第二输出之间。

8.如权利要求1至5中任一项所述的印刷电路板，其中所述负载熔丝被设置，使得所述负载熔丝的故障没有中断所述功率输入和所述第一输出之间的连接。

9.如权利要求1至5中任一项所述的印刷电路板，其中所述至少一个电气组件是可开关元件。

10.如权利要求9所述的印刷电路板，其中所述可开关元件是固态功率开关。

11.一种布置熔丝的方法，包括：

确定具有公共输入的电路的至少两个预期输出连接的集合；

为所述至少两个预期输出连接的集合确定熔丝跳闸额定的对应集合；

将用于所述至少两个预期输出连接的集合的电气特性的集合进行比较，并且选择对应于第一预期输出连接的具有最大确定的熔丝跳闸额定的第一熔丝以及对应于第二预期输出连接的至少一个其他熔丝，其中所述至少一个其他熔丝与所述第一熔丝相比具有更低的熔丝跳闸额定；以及

将所述第一熔丝设置在所述公共输入处，并且将所述至少一个其他熔丝设置在所述第一熔丝下游的所述第二预期输出连接处，

其中设置所述第一熔丝包括：将所述第一熔丝设置在功率输入区域处，所述功率输入区域具有所述公共输入、将所述公共输入与所述至少两个预期输出连接互连的第一导电层、连接到更低电位的第二导电层以及在所述第一导电层和所述第二导电层之间的第三导电感测层。

12.如权利要求11所述的方法，其中非导电材料将所述第一导电层与所述第三导电感测层分隔，并且将所述第三导电感测层与所述第二导电层分隔。

13.如权利要求11或12中的任一项所述的方法，其中设置至少一个其他熔丝包括将至少一个其他熔丝设置成与所述第一预期输出连接电并联。

14.如权利要求13所述的方法，其中设置至少第二熔丝包括设置至少第二熔丝，使得所述第二熔丝的故障没有中断所述公共输入和所述第一预期输出连接之间的连接。

15.一种印刷电路板，包括：

功率输入，所述功率输入配置成连接到功率源；

输出；

至少一个功率开关元件，所述至少一个功率开关元件设置在所述功率输入和所述输出之间；以及

输入熔丝，所述输入熔丝设置在所述功率输入和至少一个可开关元件之间；

其中所述至少一个功率开关元件可操作地控制与所述输出连接的电气负载的激励，

其中所述印刷电路板还包括功率输入区域，所述功率输入区域具有所述功率输入、将所述功率输入与所述输出互连的第一导电层、连接到更低电位的第二导电层以及在所述第一导电层和所述第二导电层之间的第三导电感测层。

16.如权利要求15所述的印刷电路板，其中非导电材料将所述第一导电层与所述第三导电感测层分隔，并且将所述第三导电感测层与所述第二导电层分隔。

17.如权利要求16所述的印刷电路板，还包括故障检测电路，所述故障检测电路电连接到所述第三导电感测层并且配置成在穿过所述非导电材料的电流到达所述第三导电感测层时发送表示故障的信号。

18.如权利要求17所述的印刷电路板，其中所述至少一个功率开关元件还包括固态功率控制器，所述固态功率控制器电连接到所述第一导电层并且可操作地配置成选择性地将所述功率输入与所述输出连接。

19.如权利要求15-18中任一项所述的印刷电路板，其中所述输出包括与所述至少一个功率开关元件耦合的第一输出以及与所述功率输入耦合、与所述第一输出电并联的第二输出。

20.如权利要求19所述的印刷电路板，还包括负载熔丝，所述负载熔丝电串联在所述至少一个功率开关元件与所述第一输出之间，其中所述负载熔丝具有比所述输入熔丝要低的跳闸额定。

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