CN110164663B - 生命探测装置天线用本质安全型pcb电感 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生命探测装置天线用本质安全型PCB电感。PCB电感内部设置有焊盘，电感外二极管采用双列直插式且与PCB电感最内端子处的焊盘和最外端子处焊盘连接，电感内二极管采用贴片式或者双列直插式设置在相邻两个焊盘之间，焊盘设置在PCB电感的印刷线上，二极管在焊盘上的焊接方向按照二极管反向漏电流方向与导线垂直的原则。本发明一种生命探测装置天线用本质安全型PCB电感，区别于传统电感，根据PCB电感的印刷线线宽和二极管的焊盘宽度来决定是否考虑PCB电感内部断开情况，以及考虑内部断开情况时的分段数，同时考虑二极管的焊接方向，在保障探测仪天线性能基础上，达到本质安全，满足防爆要求。

Description

生命探测装置天线用本质安全型PCB电感

技术领域

本发明涉及一种生命探测装置天线用本质安全型PCB电感。属于物质探测技术领域。

背景技术

应用于爆炸性气体环境的本质安全电路，按GB3836.4-2000标准定义为:在本标准规定条件(包括正常工作和规定的故障条件)下产生的任何电火花或任何热效应均不能点燃规定的爆炸性气体环境的电路，其具体表现为:在IEC(国际电工委员会)火花试验装置上进行规定条件的检测试验，电路的任何一处出现短路、开路和接地三种情况下均不能点燃规定的爆炸性气体。

生命探测装置是指发射超宽带信号，并对包含人体生命特征的超宽带接收信号进行处理，从而获得人体运动、呼吸等信息的探测装置。其中生命探测装置的探测仪天线采用超宽带天线，能够不失真发射或接收超宽带信号。为了适应超宽频带的需要，部分探测仪天线所需电感采用PCB平面线圈电感。但是在爆炸性气体环境使用的生命探测仪天线，一般做成本质安全型，即PCB平面线圈电感需要做本安限能处理。

传统电感采用以下两种方法做成本质安全型：

第一种是，在储能元件电感两端反并联二极管(参见图7)。正常工作时，所述二极管不导通。当电感所在电路发生开路时，所述二极管可以导通，起到分流作用，使感应电流在分流回路中耗尽，避免在开路处产生火花；此种方法仅适用于电感所在电路存在开路的情况，若电感内部发生开路，二极管则无法进行分流，电感产生的感应电压作用在开路处，会在开路处产生火花。也就是说，第一种方法中，即使是反向并联了二极管，也无法完全避免开路火花的产生。

第二种参见中国发明专利(申请号：201710412868.6)公开的一种获得本质安全等效电感的处理方法(参见图8)，在补充电感和分电感的两端反向并联一个二极管，并在等效电感的两端反向并联一个二极管，得到本质安全电感，此种方法可以同时应对电感所在电路开路和电感内部开路两种情况。

生命探测装置探测天线用PCB电感与传统电感不同，PCB电感由在PCB板子上绘制多个往复的曲线组成，它的绕线形状可以采用折线、矩形、圆形和八角形等，其中矩形和圆形最为常见。也就是说PCB电感靠形成某种绕线形状的往复曲线产生，其线宽、线间距存在小于焊盘大小情况，如果内部反并联二极管会出现影响原PCB电感的结构，因此反并联二极管的分段数需要优化；另外，反并联接入的二极管存在漏电流，漏电流的方向与PCB电感电流的方向会影响原PCB电感的性能，而现有技术是不需要考虑的，因此上述两种传统电感的本质安全型处理方法并不适用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供了一种生命探测装置天线用本质安全型PCB电感。

本发明的目的是这样实现的：

一种生命探测装置天线用本质安全型PCB电感，PCB电感印刷线的线宽为w1，印刷线的线宽和印刷线的线间距相等，二极管的焊盘宽度为w2，允许的电气间隙最小值为w3，默认w3＜w1；电气间隙＝印刷线的线间距-(焊盘宽度-印刷线的线宽)/2＝w1-(w2-w1)/2＝(3w1-w2)/2，其特点是：它包括印刷线、焊盘、电感外二极管和电感内二极管；

电气间隙满足最小值w3的要求，PCB电感内部设置有焊盘，电感外二极管采用双列直插式且与PCB电感最内端子处的焊盘和最外端子处焊盘连接，电感外二极管的焊接方向按照二极管反向漏电流方向与导线垂直的原则，电感内二极管采用贴片式或者双列直插式设置在相邻两个焊盘之间，焊盘设置在PCB电感的印刷线上，电感内二极管在焊盘上的焊接方向按照二极管反向漏电流方向与导线垂直的原则。

进一步的，当w2＜w1时，分段数大于等于印刷线绕线的圈数。

进一步的，当w2＞w1时，分段数等于印刷线绕线的圈数。

一种生命探测装置天线用本质安全型PCB电感，PCB电感印刷线的线宽为w1，印刷线的线宽和印刷线的线间距相等，二极管的焊盘宽度为w2，允许的电气间隙最小值为w3，默认w3＜w1；电气间隙＝印刷线的线间距-(焊盘宽度-印刷线的线宽)/2＝w1-(w2-w1)/2＝(3w1-w2)/2，其特点是：它包括印刷线、焊盘和电感外二极管；

电气间隙不满足满足最小值w3，w2＞w1，PCB电感内部不允许布置焊盘，电感外二极管采用双列直插式且与PCB电感最内端子处的焊盘和最外端子处焊盘连接，电感内二极管在焊盘上的焊接方向按照二极管反向漏电流方向与导线垂直的原则。

进一步的，电感外二极管和电感内二极管均采用肖特基二极管。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明一种生命探测装置天线用本质安全型PCB电感，考虑了 PCB电感区别于传统电感的特殊性，根据PCB电感的印刷线线宽和二极管的焊盘宽度来决定是否考虑PCB电感内部断开情况，以及考虑内部断开情况时的分段数以进行优化，同时考虑二极管的焊接方向，在保障探测仪天线性能基础上，达到本质安全，满足防爆要求。

附图说明

图1为本发明一种生命探测装置天线用本质安全型PCB电感的实施例一示意图。

图2为图1的二极管连接示意图。

图3为本发明一种生命探测装置天线用本质安全型PCB电感的实施例二示意图。

图4为图3的二极管连接示意图。

图5为本发明一种生命探测装置天线用本质安全型PCB电感的实施例三示意图。

图6为图5的二极管连接示意图。

图7为现有技术中一种本质安全型电感的处理示意图。

图8为现有技术中另一种本质安全型电感的处理示意图。

图中：

印刷线1，焊盘2，电感外二极管3，电感内二极管4。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明涉及一种生命探测装置天线用本质安全型PCB电感，以 PCB电感的绕线形状为矩形为例，为了实现PCB电感的本质安全性，需要综合考虑下面两个因素，这两个因素区别于传统电感的限能措施：

因素一、考虑到PCB电感内部开路情况(印刷线1某处开路)， PCB电感内部必须设置二极管限流，而在印刷线1上布置二极管需要借助焊盘2，焊盘2的引入则必须要考虑焊盘2宽度、印刷线1的线宽和印刷线1的线间距之间的配合问题，这是因为焊盘2引入后，若电气间隙无法满足要求，则必然导致PCB电感绕线形状发生改变，从而导致天线性能改变。

因素二、通过大量实验发现，二极管的反向漏电会影响天线的性能，同时发现，二极管反向漏电流方向与天线工作时的电流方向互相垂直时，影响最小，相互平行时影响最大。因此二极管一般布置在PCB 电感平面的上部或者下部。

PCB电感印刷线1的线宽、印刷线1的线间距以及二极管的焊盘 2的宽度之间关系如下：

设PCB电感的印刷线1的线宽为w1，印刷线1的线宽和印刷线1 的线间距相等，二极管的焊盘2宽度为w2，允许的电气间隙最小值为 w3，默认w3＜w1；

参见图3，电气间隙(两个焊盘之间的间距)＝印刷线的线间距- (焊盘宽度-印刷线的线宽)/2＝w1-(w2-w1)/2＝(3w1-w2)/2。

下面分三种实施例进行分析：

实施例一、参见图1-2，当w2＞w1，即焊盘2宽度大于印刷线1 的线宽，则必须考虑电气间隙是否满足最小值w3，若(3w1-w2)/2<w3 时，电气间隙无法满足最小值w3的要求，PCB电感内部不允许布置焊盘，此实施例只能考虑PCB电感外部开路的情况，不能考虑PCB电感内部开路的情况，参见图1-2，电感外二极管3采用双列直插式且与PCB电感最内端子处的焊盘和最外端子处焊盘连接，电感外二极管 3在焊盘2上的焊接方向按照二极管反向漏电流方向与导线垂直的原则；

实施例二、参见图3-4，当w2＞w1，即焊盘2宽度大于印刷线1 的线宽，则必须考虑电气间隙是否满足最小值w3，若(3w1-w2)/2＞w3 时，电气间隙满足最小值w3的要求，PCB电感内部允许布置焊盘，分段数(焊盘个数-1)与矩形绕线的圈数相同，此实施例能同时考虑PCB电感外部开路和PCB电感内部开路的情况；参见图3-4，电感外二极管3采用双列直插式且与PCB电感最内端子处的焊盘和最外端子处焊盘连接，电感外二极管3的焊接方向按照二极管反向漏电流方向与导线垂直的原则，电感内二极管4采用贴片式或者双列直插式设置在相邻两个焊盘2之间，焊盘置在PCB电感的印刷线1上，电感内二极管4在焊盘2上的焊接方向按照二极管反向漏电流方向与导线垂直的原则；

实施例三、参见图5-6，当w2＞w1，即焊盘2宽度小于印刷线1 的线宽，也就是说电气间隙(两个焊盘之间的间距)大于印刷线1的线宽，电气间隙必然满足最小值w3的要求，分段数(焊盘个数-1)只取决于二极管的空间限制，此实施例能同时考虑PCB电感外部开路和PCB电感内部开路的情况；参见图5-6，电感外二极管3采用双列直插式且与PCB电感最内端子处的焊盘和最外端子处焊盘连接，电感外二极管3的焊接方向按照二极管反向漏电流方向与导线垂直的原则，电感内二极管4采用贴片式或者双列直插式设置在相邻两个焊盘2之间，焊盘置在PCB电感的印刷线1上，电感内二极管4在焊盘2上的焊接方向按照二极管反向漏电流方向与导线垂直的原则；

本发明一种生命探测装置天线用本质安全型PCB电感，考虑了 PCB电感区别于传统电感的特殊性，根据PCB电感的印刷线1线宽和二极管的焊盘2宽度来决定是否考虑PCB电感内部断开情况，以及考虑内部断开情况时的分段数，同时考虑二极管的焊接方向，在保障探测仪天线性能基础上，达到本质安全，满足防爆要求。

本发明一种生命探测装置天线用本质安全型PCB电感，为了与高频天线信号相适应，电感外二极管和电感内二极管均采用肖特基二极管。SBD是肖特基势垒二极管的简称，SBD不是利用P型半导体与N 型半导体接触形成PN结原理制作的，而是利用金属与半导体接触形成的金属－半导体结原理制作的。因此，SBD也称为金属－半导体(接触)二极管或表面势垒二极管，它是一种热载流子二极管。

本发明一种生命探测装置天线用本质安全型PCB电感，与现有的技术的区别在于：

现有技术中，电感内部和外部均可以反并联二极管；二极管个数没限制；二极管两端子所构成的方向没有任何限制。

本发明根据PCB电感印刷线1的线宽、印刷线1线间距以及最小电气间隙限定了是否可以反并联二极管情况，同时限定了二极管个数；二极管类型为肖特基二极管，以与高频天线信号相适应；限定肖特基二极管的的布置方向，以保证二极管反向漏电流与电线电流相垂直。

在上述实施例中，仅对本发明进行示范性描述，但是本领域技术人员在阅读本专利申请后可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改。

Claims (5)

1.一种生命探测装置天线用本质安全型PCB电感，PCB电感印刷线的线宽为w1，印刷线的线宽和印刷线的线间距相等，二极管的焊盘宽度为w2，允许的电气间隙最小值为w3，默认w3＜w1；电气间隙＝印刷线的线间距-(焊盘宽度-印刷线的线宽)/2＝w1-(w2-w1)/2＝(3w1-w2)/2，其特征在于：它包括电感外二极管和电感内二极管；

电气间隙满足最小值w3的要求，PCB电感内部设置有焊盘，电感外二极管采用双列直插式且与PCB电感最内端子处的焊盘和最外端子处焊盘连接，电感外二极管的焊接方向按照二极管反向漏电流方向与导线垂直的原则，电感内二极管采用贴片式或者双列直插式设置在相邻两个焊盘之间，焊盘设置在PCB电感的印刷线上，电感内二极管在焊盘上的焊接方向按照二极管反向漏电流方向与导线垂直的原则。

2.根据权利要求1所述的一种生命探测装置天线用本质安全型PCB电感，其特征在于：当w2＜w1时，分段数大于等于印刷线绕线的圈数。

3.根据权利要求1所述的一种生命探测装置天线用本质安全型PCB电感，其特征在于：当w2＞w1时，分段数等于印刷线绕线的圈数。

4.根据权利要求1所述的一种生命探测装置天线用本质安全型PCB电感，其特征在于：电感外二极管和电感内二极管均采用肖特基二极管。

5.一种生命探测装置天线用本质安全型PCB电感，PCB电感印刷线的线宽为w1，印刷线的线宽和印刷线的线间距相等，二极管的焊盘宽度为w2，允许的电气间隙最小值为w3，默认w3＜w1；电气间隙＝印刷线的线间距-(焊盘宽度-印刷线的线宽)/2＝w1-(w2-w1)/2＝(3w1-w2)/2，其特征在于：它包括电感外二极管；

电气间隙不满足最小值w3，w2＞w1，PCB电感内部不允许布置焊盘，电感外二极管采用双列直插式且与PCB电感最内端子处的焊盘和最外端子处焊盘连接，电感外二极管在焊盘上的焊接方向按照二极管反向漏电流方向与导线垂直的原则。

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