CN214046116U - 一种防护电路板及用电装置 - Google Patents

Abstract

本申请的实施例公开了一种防护电路板及用电装置，涉及电路板技术领域，为便于减小防护电路板的体积而发明。所述，包括：印制电路板，在印制电路板上设有第一印制线路和第二印制线路，第一印制线路的第一端和第二印制线路的第一端分别用于与电源相连，第一印制线路的第二端和第二印制线路的第二端分别用于与负载相连；第一印制线路上或第二印制线路上具有易熔段，在易熔段的至少一端设有熔断保护线；其中，所述易熔段的横截面积小于所述第一印制线路和所述第二印制线路上所述易熔段之外的线路段的横截面积；所述易熔段的横截面积小于所述熔断保护线的横截面积。本申请适用于对负载进行保护。

Description

一种防护电路板及用电装置

技术领域

本申请涉及电路板技术领域，尤其涉及一种防护电路板及用电装置。

背景技术

在通常的电子电路系统中，为保证电子电路系统的工作稳定性，电路系统的电源输入端一般会在起防护作用的电路板上安装保险管，由于保险管的使用，使得电路板体积较大。

实用新型内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种防护电路板及用电装置，便于减小防护电路板的体积。

本申请实施例提供一种防护电路板，包括：印制电路板，在所述印制电路板上设有第一印制线路和第二印制线路，所述第一印制线路的第一端和所述第二印制线路的第一端分别用于与电源相连，所述第一印制线路的第二端和所述第二印制线路的第二端分别用于与负载相连；所述第一印制线路上或所述第二印制线路上具有易熔段，在所述易熔段的至少一端设有熔断保护线；其中，所述易熔段的横截面积小于所述第一印制线路和所述第二印制线路上所述易熔段之外的线路段的横截面积；所述易熔段的横截面积小于所述熔断保护线的横截面积。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，在所述第一印制线路连接有具有尖角的第一焊盘，在所述第二印制线路连接有具有尖角的第二焊盘，所述第一焊盘上的尖角和所述第二焊盘上的尖角相对设置，且第一焊盘上的尖角和所述第二焊盘上的尖角之间的距离为第一预定距离；所述第一焊盘处于所述易熔段和所述第一印制线路的第二端之间；或，所述第二焊盘处于所述易熔段和所述第二印制线路的第二端之间。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述第一焊盘的尖角包括第一尖角和第二尖角，所述第二焊盘的尖角包括第三尖角和第四尖角，所述第一尖角与所述第三尖角相对设置，所述第二尖角和所述第四尖角相对设置。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述第一印制线路上还具有呈弯曲状的第一印制段，所述第二印制线路上还具有呈弯曲状的第二印制段；其中，所述第一印制段和所述第二印制段相对设置，所述第一印制段和所述第二印制段之间的距离为第二预定距离，所述第一印制段处于所述第一焊盘和所述第一印制线路的第二端之间，所述第二印制段处于所述第二焊盘和所述第二印制线路的第二端之间。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述第一印制段和所述第二印制段的形状相同，第一印制线路和所述第二印制线路的长度相等。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，还包括：瞬态电压抑制二极管，所述瞬态电压抑制二极管的一端设于所述第一印制段和所述第一印制线路的第二端之间，所述瞬态电压抑制二极管的另一端设于所述第二印制段和所述第二印制线路的第二端之间。

本申请还提供一种用电装置，负载和前述任一实现方式所述的防护电路板，所述防护电路板中的第一印制线路的第二端和第二印制线路的第二端分别与所述负载相连。

本申请的防护电路板及用电装置，通过在所述印制电路板上设有第一印制线路和第二印制线路，第一印制线路的第一端和第二印制线路的第一端分别用于与电源相连，第一印制线路的第二端和第二印制线路的第二端分别用于与负载相连，第一印制线路上具有易熔段，在易熔段的至少一端设有熔断保护线；其中，易熔段的横截面积小于第一印制线路上除易熔段外的线路段的横截面积，且易熔段的横截面积小于所述熔断保护线的横截面积，由于第一印制线路上具有易熔段，即易熔段印制在电路板上，从而，节省了独立保险管的安装空间，这样，便于减小防护电路板的体积。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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它的附图。

图1为本申请一实施例提供的防护电路板的结构示意图；

图2为图1中A处的局部放大图；

图3为本申请一实施例中的负载的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

浪涌(electrical surge)，顾名思义就是瞬间出现超出稳定值的峰值，在电子设计中，浪涌主要指的是电源刚开通的那一瞬息产生的强力脉冲，可能使电路在浪涌的一瞬间烧坏，如PN结电容击穿，电阻烧断等等。

电磁兼容性(EMC)可为在同一电磁环境中，设备能够不因为其他设备的干扰而影响正常工作，同时也不对其他设备产生影响工作的干扰。

为确保电路系统或负载的安全和稳定工作，在电路系统中应用EMC防护器件，以起到防浪涌且满足EMC要求的同时，也使得在电路板设计时走线设计及制作工艺变得复杂，增加了电路板走线设计的难度，基于此，本申请提供了一种防护电路板，便于降低电路板走线设计的难度。

图1为本申请一实施例提供的防护电路板的结构示意图，图2为图1中A处的局部放大图，本实施例的防护电路板，可以包括：印制电路板(图中未示出)，在印制电路板上设有第一印制线路1和第二印制线路2，第一印制线路1的第一端和所述第二印制线路2的第一端分别用于与电源相连，第一印制线路1的第二端和第二印制线路2的第二端分别用于与负载相连；第一印制线路1上具有易熔段10，在易熔段10的至少一端设有熔断保护线12；其中，易熔段10的横截面积小于第一印制线路1和第二印制线路2上除易熔段10外的线路段的横截面积；易熔段10的横截面积小于熔断保护线12的横截面积。

印制电路板(PCB，printed circuit board)，又称为印制线路板，简称印制板，是电子工业的重要部件之一，能够为集成电路等各种电子元器件的固定、装配提供机械支承，实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气连接。

第一印制线路1和第二印制线路2可为能够传递电能的线路，可由任一能够导电的材料制成，在一个例子中，第一印制线路1和第二印制线路2可由铜箔制作而成。易熔段10和熔断保护线12为第一印制线路1的一部分。

当发生大电流流过防护电路板时，由于易熔段10的横截面积小于第一印制线路1上除易熔段10外的线路段的横截面积，并且也小于第二印制线路2的横截面积，易熔段10产生的热量较多，从而易熔段熔断，对防护电路板后端的负载进行保护。

易熔段10的横截面积小于熔断保护线12的横截面积，在一个例子中，易熔段10和熔断保护线12构成的形状可为中间细、两端粗的形状，或者中间细、一端粗的形状。熔断保护线12在印制电路板上可呈长方形或方形，在一个例子中，易熔段10和熔断保护线12呈H形。

在易熔段10的至少一端设有熔断保护线12，可以提升其两端处的过载能力，保证在发生大电流事件时中间段走线发生熔断，不至于损坏其它部分的走线。

易熔段10的横截面积，可根据电路板的设计熔断电流的大小而不同，设计的熔断电流大则横截面积大，设计的熔断电流小则横截面积小。当易熔段10厚度一定时，易熔段10的走线宽度越大，则允许通过的电流就越大，在一个例子中，易熔段10的材料为铜箔，铜箔厚度为35um，根据公式计算，易熔段10的走线宽度为10mil时，通过的电流大小为1A，随着电流的增加，走线宽度也随着线性增大。在实际电路设计时，依据电路实际应用场景设计PCB走线的线宽，当电流超过走线宽度所承受限度时，发生熔断，进而实现现有技术中的保险丝的过流熔断功能。

在一个例子中，当电路设置过流保护点为2A时，对应的PCB走线宽度为20mil，当超过2A时，易熔段10发生熔断，实现过流保护功能。

由于第一印制线路上具有易熔段，且易熔段的横截面积小于第一印制线路上除易熔段外的线路段的横截面积，并且也小于第二印制线路的横截面积，当电流达到设计的熔断电流时，易熔段熔断，从而保护了负载不受破坏，并且在易熔段的至少一端设有熔断保护线以及易熔段的横截面积小于熔断保护线的横截面积，可以提升易熔段的端部的过载能力，保证在发生大电流事件时中间段走线发生熔断，不至于损坏电路板上其它部分的走线。

本实施例，通过在所述印制电路板上设有第一印制线路和第二印制线路，第一印制线路的第一端和第二印制线路的第一端分别用于与电源相连，第一印制线路的第二端和第二印制线路的第二端分别用于与负载相连，第一印制线路上具有易熔段，在易熔段的至少一端设有熔断保护线；其中，易熔段的横截面积小于第一印制线路和第二印制线路上除易熔段外的线路段的横截面积，且易熔段的横截面积小于所述熔断保护线的横截面积，由于第一印制线路上具有易熔段，即易熔段印制在电路板上，从而，节省了独立保险管的安装空间，这样，便于减小防护电路板的体积，而且避免了由于装配保险丝造成的装配难度，此外，在电路板的走线设计时，无需匹配保险丝的放置空间，使得电路板的走线设计更加简单，从而降低了电路板设计的难度，并且降低了电路板制造的成本，避免了由于过流保险管本身成本较高造成的电路板的装配成本，并且，通过调整横截面积(或线宽)即可满足不同的熔断电流需求，降低了保险管的选型难度。

可以理解的是，为达到对后端负载或电路到的保护的目的，易熔段可在第一印制线路上，也可在第二印制线路上，在一个例子中，第二印制线路上具有易熔段，在易熔段的至少一端设有熔断保护线；其中，易熔段的横截面积小于第一印制线路和第二印制线路上所述易熔段之外的线路段的横截面积，同时也可小于第一印制线路的横截面积。

易熔段处于第一印制线路上时，本申请又一实施例提供的防护电路板，与上述实施例基本相同，不同之处在于，本实施例的防护电路板，在第一印制线路连接有具有尖角的第一焊盘3，在第二印制线路连接有具有尖角的第二焊盘4，第一焊盘3上的尖角和第二焊盘4上的尖角相对设置，且第一焊盘3上的尖角和第二焊盘4上的尖角之间的距离为第一预定距离；第一焊盘3处于易熔段和第一印制线路1的第二端之间。

第一焊盘3和第二焊盘4的材料可与第一印制线路1或第二印制线路2所使用的材料相同。第一焊盘3和第二焊盘4可为三角形尖角的锯齿形焊盘，也可由多个菱形构成的焊盘。

第一焊盘3上的尖角和第二焊盘4上的尖角相对设置，在一个例子中，第一焊盘3上的尖角和第二焊盘4上的尖角对应形成尖角对，一般三角形尖脚的数量为两对或两对以上，在一个例子中，第一焊盘3的尖角包括第一尖角和第二尖角，第二焊盘4的尖角包括第三尖角和第四尖角，第一尖角与第三尖角相对设置，第二尖角和第四尖角相对设置，这样，可保证良好的放电效果，以避免单对尖角的放电效果不佳。

第一焊盘3上的尖角和第二焊盘上的尖角之间的第一预定距离，可依据所要通过的电磁兼容(EMC)防护等级来设计的，一般的在进行静电测试时，1kV对应的第一预定距离为0.5mm，依次累加，当静电放电为6kV时，对应第一预定距离为3mm。

在一个例子中，在产品设计时，要求的静电放电等级为8kV时，尖角的个数优选为3对以上，两相对尖角之间的距离为4mm时，可以达到较好的放电效果。

在发生大电流、过电压事件时，通过第一焊盘上的尖角和第二焊盘上的尖角进行放电，实现对后续电路或负载的防护，防止后续电路中的MCU及其他元器件损坏。

本实施例使用PCB走线在电源输入端口形成一对带有尖角的锯齿形焊盘，使用焊盘的尖端放电实现传统的ESD器件的功能，同时增强电路的EMC性能。

本实施例，在第一印制线路连接有具有尖角的第一焊盘，在第二印制线路连接有具有尖角的第二焊盘，第一焊盘上的尖角和第二焊盘上的尖角相对设置，且第一焊盘上的尖角和第二焊盘上的尖角之间的距离为第一预定距离，第一焊盘处于易熔段和第一印制线路的第二端之间，可根据静电防护的具体要求，对第一焊盘和第二焊盘进行设计，达到放电的效果，以保护负载，并且通过本实施例的实施，省去了压敏电阻、放电管等ESD保护器件，极大地降低了电路成本，同时压敏电阻、放电管等保护器件多为插件类体积较大的器件，极大地影响了PCB的布局布线设计。

在一个例子中，易熔段处于第二印制线路上时，第二焊盘处于易熔段和所述第二印制线路的第二端之间。

为了抑制共模干扰和差模干扰，本申请又一实施例提供的防护电路板，与上述实施例基本相同，不同之处在于，本实施例的防护电路板，第一印制线路1上还具有呈弯曲状的第一印制段14，第二印制线路2上还具有呈弯曲状的第二印制段20；其中，第一印制段14和第二印制段20相对设置，第一印制段14和第二印制段20之间的距离为第二预定距离，第一印制段14处于第一焊盘3和第一印制线路1的第二端之间，第二印制段20处于第二焊盘4和第二印制线路2的第二端之间。

在一个例子中，第一印制段和第二印制段之间的第二预定距离可根据需要抑制的外界干扰的大小确定；在另一个例子中，第一印制段和第二印制段之间的第二预定距离小于第一印制线路的第一端和第二印制线路的第一端之间的距离。

呈弯曲状的第一印制段可为连续的m形或者连续的s形(蛇形)的抑制段；呈弯曲状的第二印制段可为连续的m形或者连续的s形(蛇形)的抑制段；呈弯曲状的第一印制段的形状可与呈弯曲状的第二印制段的形状相同，也可不同；呈弯曲状的第一印制段的大小可与呈弯曲状的第二印制段的大小相同，也可不同，在一个例子中，第一印制段和第二印制段的形状相同，第一印制段和第二印制段的长度相等。

第一印制段和第二印制段的形状相同，第一印制段和第二印制段的长度相等即第一印制段和第二印制段的走线的长度(圈数)和形状分别保持一致。

第一印制段和第二印制段的走线长度需要根据产品设计时所需的电感量来进行设计，实际电路设计时需考虑共模电感的电感值设计，依据需要通过的EMC等级来进行设计，电感值确认之后，可依据如下公式计算PCB走线长度

其中，W为走线宽度，L为电感值，l为走线长度。

本实施例，使用PCB走线方式，在电路板上设计连续弯曲状(可为m形)的走线，以取代传统的电感元件，可实现对电路共模和差模干扰的抑制。

本实施例，通过具有呈弯曲状的第一印制段和具有呈弯曲状的第二印制段在PCB上相对设置，在实现对共模干扰的有效抑制的前提下，一方面省去了独立电感的安装空间，进而，节省了防护电路板的体积，另一方面，通过调整走线圈数即可满足不同的电感量需求，从而，降低电感的选型难度。

本申请又一实施例提供的防护电路板，与上述实施例基本相同，不同之处在于，本实施例的防护电路板，还包括：瞬态电压抑制二极管，瞬态电压抑制二极管的一端设于第一印制段和第一印制线路的第二端之间，瞬态电压抑制二极管的另一端设于第二印制段和第二印制线路的第二端之间。

瞬态电压抑制二极管(TVS，Transient Voltage Suppressor Diode)，是一种二极管形式的高效能保护器件，可以保护电器设备不受导线引入的电压尖峰破坏，当TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10的负12次方秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。

参见图1和图3，本实施例的防护电路板，由于瞬态电压抑制二极管的一端设于第一印制段和第一印制线路的第二端之间，瞬态电压抑制二极管的另一端设于第二印制段和第二印制线路的第二端之间，当发生瞬态大电流、瞬态大电压时，可进行能量的快速释放，以保障后端负载电路的安全运行。

本实施例还提供一种用电装置，包括：负载和前述实施例所述的防护电路板，第一印制线路的第二端和第二印制线路的第二端分别与负载相连。

负载电路可为防护电路板所保护的负载；负载可为主控MCU、报警电路、阀门电路、电压转换电路以及风扇等等，其中，主控MCU可为比如STM32G070CB、PIC24FJ128GA306；报警电路主要包含蜂鸣器电路、警报灯显示电路；阀门电路主要是给阀门驱动芯片(DRV8837、SY6702等)供电；电压转换电路主要是LDO电压芯片(GM6250、CE6230等)供电和开关电源芯片(JW5060T、TPS5430等)供电。

本实施例，通过防护电路板中的第一印制线路的第二端和第二印制线路的第二端分别与负载相连，在使用过程中，防护电路板能够为负载电路内的各模块电路提供安全可靠的供电电压。

本申请实施例的技术方案：PCB走线形成的具有保险丝功能的熔断段，在电流超过设置限定值时熔断，以起到对整个电路的保护作用；三角形尖角的锯齿焊盘在发生瞬态大电流、大电压时其尖端放电，实现对后续电路中的一级防护，防止负载或负载电路中元器件损坏；连续弯曲状(可为m形)PCB走线形成的电感元件及与其串联的TVS管实现对后续电路二级防护，进一步增强了对负载电路中其他元器件的防护。本实施例的电路是一种低成本且电路可靠性好的防浪涌EMC保护电路，在采用PCB走线方式形成易熔段，实现现有技术中保险管(丝)的功能，在此基础上，还采用PCB走线方式形成具有尖端放电功能的焊盘，具有尖端放电功能的焊盘作为防护电路板的一级防护，不但实现了传统的ESD器件功能，而且能够增强电路的EMC性能，在此基础上，还采用PCB走线方式形成抗共模和差模干扰的连续的m形印制段，取代了传统的电感元件，并且与TVS管实现对后端负载的二级防护，进一步增强了对后续负载中MCU及其他元器件的防护，以上PCB走线形成的熔断段、具有尖角的焊盘以及弯曲状的印制段均为铜箔形成，本实施例的防护电路板，在省去了独立器件的同时，仍可实现防浪涌及EMC保护功能，减小了防护电路板的体积，而且极大的节省了硬件电路成本、简化了走线工艺且节省了电路板的安装空间，此外，熔断参数、放电参数、电感量参数可根据实际需要对应调整线宽、尖角参数和/或数量、电感圈数即可，易于实现相应功能。整个电路可以实现一级防护、二级防护的功能，真正实现低成本、且电路可靠性好的防浪涌EMC保护电路。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种防护电路板，其特征在于，包括：印制电路板，在所述印制电路板上设有第一印制线路和第二印制线路，所述第一印制线路的第一端和所述第二印制线路的第一端分别用于与电源相连，所述第一印制线路的第二端和所述第二印制线路的第二端分别用于与负载相连；

所述第一印制线路上或所述第二印制线路上具有易熔段，在所述易熔段的至少一端设有熔断保护线；其中，所述易熔段的横截面积小于所述第一印制线路和所述第二印制线路上所述易熔段之外的线路段的横截面积；所述易熔段的横截面积小于所述熔断保护线的横截面积。

2.根据权利要求1所述的防护电路板，其特征在于，在所述第一印制线路连接有具有尖角的第一焊盘，在所述第二印制线路连接有具有尖角的第二焊盘，所述第一焊盘上的尖角和所述第二焊盘上的尖角相对设置，且所述第一焊盘上的尖角和所述第二焊盘上的尖角之间的距离为第一预定距离；所述第一焊盘处于所述易熔段和所述第一印制线路的第二端之间；或，所述第二焊盘处于所述易熔段和所述第二印制线路的第二端之间。

3.根据权利要求2所述的防护电路板，其特征在于，所述第一焊盘的尖角包括第一尖角和第二尖角，所述第二焊盘的尖角包括第三尖角和第四尖角，所述第一尖角与所述第三尖角相对设置，所述第二尖角和所述第四尖角相对设置。

4.根据权利要求2所述的防护电路板，其特征在于，所述第一印制线路上还具有呈弯曲状的第一印制段，所述第二印制线路上还具有呈弯曲状的第二印制段；其中，所述第一印制段和所述第二印制段相对设置，所述第一印制段和所述第二印制段之间的距离为第二预定距离，所述第一印制段处于所述第一焊盘和所述第一印制线路的第二端之间，所述第二印制段处于所述第二焊盘和所述第二印制线路的第二端之间。

5.根据权利要求4所述的防护电路板，其特征在于，所述第一印制段和所述第二印制段的形状相同，第一印制线路和所述第二印制线路的长度相等。

6.根据权利要求4所述的防护电路板，其特征在于，还包括：瞬态电压抑制二极管，所述瞬态电压抑制二极管的一端设于所述第一印制段和所述第一印制线路的第二端之间，所述瞬态电压抑制二极管的另一端设于所述第二印制段和所述第二印制线路的第二端之间。

7.一种用电装置，其特征在于，包括：负载和前述权利要求1-6任一项所述的防护电路板，所述防护电路板中的第一印制线路的第二端和第二印制线路的第二端分别与所述负载相连。

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