CN219533333U - Pcba电源轨短路的定位检测电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开PCBA电源轨短路的定位检测电路，涉及电路领域，包括PCBA电源轨上并联有电子元件，短路定位检测电路包括在PCBA电源轨上接入的外置电压源，和检测待测电子元器件温度数据的温度检测电路；电压源连接在电源轨两极，为电子元件提供工作电压；温度检测电路包括两个热电偶探针，分别接入到温度检测电路的室温采集支路和元件温度采集支路上，分别用于测试室温和元件温度；温度检测电路的比较器支路中接入有LED灯，当元件温度和室温温度满足设定温度差时LED灯亮，用于定位短路元件。该电路无需使用毫欧表和拆除检测，直接根据热源直接定位短路器件，耗时极短，效率高。

Description

PCBA电源轨短路的定位检测电路

技术领域

本申请涉及电路领域，特别涉及一种PCBA电源轨短路的定位检测电路。

背景技术

PCBA电源轨上集成有大量的电子元器件，焊接在PCB板上，当存在某个电子元器件发生短路或损坏时，就需要及时通过检测技术定位故障点并排除故障。

传统定位PCBA电源轨短路的方法包括两大类：

1.元器件逐一拆除测试法，通过将短路电源轨上的元器件一个个拆除，每拆一个元器件会测试电源的短路情况，直到电源不短路为止。

2.毫欧表测量法，通过用毫欧表测试短路电源轨上不同位置对地电阻(通常为毫欧级)，找到对地电阻最小的点即为短路点。

上述两种方法中，逐一测试的方法随机性强，若电源轨上有上千颗元器件(包括电容)，则耗费的时间极长，就算定位到短路元器件，被拆下来的元器件需要重新焊接上去成为难题，极有可能导致PCBA报废，效率低，代价大。而毫欧表测试的方法需要在设计时在PCBA上预留测试点，这样会增加设计工作量。且因为毫欧表的精度仅限于毫欧级别，精度无法准确定位到某个元件，通常定位到某个范围，再结合方法一逐一排除，整个过程较为繁琐。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种PCBA电源轨短路的定位检测电路，实现快速准确定位PCBA电源轨上短路元件的问题。

所述PCBA电源轨上并联有若干组待测电子元器件，所述短路定位检测电路包括在所述PCBA电源轨上接入的外置电压源，和检测待测电子元器件温度数据的温度检测电路；

所述电压源连接在电源轨两极，为待测电子元器件提供工作电压；所述温度检测电路包括两个热电偶探针，两个热电偶探针分别接入到所述温度检测电路的室温采集支路和元件温度采集支路上，分别用于测试室温和元件温度；

所述温度检测电路的比较器支路中接入有LED灯，当元件温度和室温温度满足设定温度差时LED灯亮，用于定位短路元件。

具体的，所述元件温度采集支路包括K型热电偶、热电偶调节器和调零电路；

K型热电偶集成在热电偶探针的检测端，正负级通过旁路电阻R1和R2连接到所述热电偶调节器的信号输入端；R1和热电偶负极之间设置有接地电阻R21；

所述调零电路包括电阻R3、R4、R5、R6和调压电源；调压电源正极连接电阻R3一端，R3另一端依次串联R4和R5，R5的另一端连接调压电源的负极输入，构成调压回路；其中的电阻R4为可调电阻，可调端通过电阻R6连接到所述热电偶调节器的HYS引脚。

具体的，所述室温采集支路和所述元件检测支路相同，两个采集支路分别通过所述热电偶调节器连接所述比较器支路。

具体的，所述比较器支路包括减法器模块和比较器模块；

所述减法器模块包括正向输入电阻R17、接地电阻R18、反向输入电阻R15、反馈电阻R16、滤波电容C5和第一运算放大器；R17和R18连接第一运算放大器的正向输入端、R15连接第一运算放大器的反向输入端，R16位于第一运算放大器的反向输入端和输出端之间；

所述比较器模块包括反向接地电阻R19、反向输入电阻R20、滤波电容C6、第二运算放大器、输出电阻R14和LED指示灯；第二运算放大器的正向输入连接第一运算放大器的输出端，输出端连接R14，R14级联LED指示灯；R20接入有5V基准电压；

具体的，所述K型热电偶的检测精度为10mV/℃。

技术方案带来的有益效果包括：

无需逐一拆除可疑元件，根据热源直接定位短路器件，耗时极短，效率高；

无需使用高精度毫欧表，仅利用电压源、带热电偶探针的温度检测电路即可进行短路测试，无需考虑拆除元器件造成的不必要浪费；

操作简单，只需设置电压限流后使用温度检测电路观测LED指示灯即可。

附图说明

图1是在PCBA电源轨设置电压源的示意图；

图2是等效短路元件的PCBA电源轨示意图；

图3是通过温度检测电路测试短路元件的示意图；

图4是温度检测电路的电路结构示意图；

图5是元件温度采集支路的电路结构图；

图6是比较器支路的电路结构图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

图1是在PCBA电源轨设置电压源的示意图，正负电源轨道之间设置有若干待测电子元器件，且彼此之间为并联关系。在PCBA的电源轨处，利用电压源灌入电压VS，VS的值等于该电源轨正常工作电压。例如正常工作电压是3.3V，电源轨VS＝3.3V。因为电源轨内存在短路器件，需要设置限流IL＝1A，VS*IL为电压源的输出功率PL，PL≤3.5W，PL太大可能会损坏器件及PCBA。

对于出现的短路元件，在物理结构上等效于直接短接，也就是等效电阻RS。参考图2所示，器件1至器件n的电流分别是I1至In，而等效电阻RS的电流为Is。根据基尔霍夫电流定律可知，IL＝I1+I2+I3+…+In+Is(n的值为该电源轨上的元器件数量，Is为短路器件流过的电流)。因为短路器件的对地等效电阻RS远小于正常器件对地的阻抗，所以IL≈IS，短路器件上消耗的功率PS≈IL 2*RS，消耗的功率PS会转化为热量，等待若干分钟后，使用温度检测电路测试器件1～器件n的表面温度，显示灯变亮则为短路器件(表面温度超过室温设定温度以上的器件即为短路器件)。检测示意图如图3所示，温度检测电路包括两个热电偶探针，两个热电偶探针分别用于测试室温(理论室温保持不变)和元件温度(逐个测试器件温度)，直至检测到温度超过设定值的器件亮灯定位短路器件。

图4是温度检测电路的电路结构示意图，包括两组相同的温度采集支路和比较器支路。每组温度检测支路上都设置有一个热电偶探针，用于器件侧的温度采集支路为元件温度采集支路，用于室温侧的温度采集支路为室温检测支路。对于元件温度采集支路，包括K型热电偶、热电偶调节器和调零电路。K型热电偶集成在热电偶探针的检测端，是热电偶探针获取温度的设备。热电偶的正负级通过旁路电阻R1和R2连接到热电偶调节器的信号输入端，R1和热电偶负极之间设置有接地电阻R21。调零电路包括电阻R3、R4、R5、R6和调压电源，调压电源正极连接电阻R3一端，R3另一端依次串联R4和R5，R5的另一端连接调压电源的负极输入，构成调压回路，用以保证最小的输入失调电压。R3和R5两端分别接入+5V和-5V输入电压，其中的R4是可调电阻，可调端通过R6连接到器件侧的热电偶调节器上(AD597的HYS引脚)。电容C1和C2为热电偶调节器的滤波电容。在本实施例中，K型热电偶检测精度为10mV/℃。

对于室温侧的室温检测支路与器件侧相同，目的为确保对照和检测的准确度，具体参见图4-图6，文中不再详细赘述。基于上述电路可以分别在两个热电偶调节器的输出端获得转化后的温度电信号，VOUT1＝10mV/℃*T1，VOUT2＝10mV/℃*T2。T1表示器件侧的原件温度，T2表示室温温度。两个采集支路分别将室温电压信号和元件温度电压信号输入到比较器支路中。

比较器支路包括减法器模块和比较器模块。减法器模块包括正向输入电阻R17、接地电阻R18、反向输入电阻R15、反馈电阻R16、滤波电容C5和第一运算放大器。R17和R18连接第一运算放大器的正向输入端、R15连接第一运算放大器的反向输入端，R16位于第一运算放大器的反向输入端和输出端之间。减法器输出为室温电压信号和元件温度电压信号的温差信号，且连接比较器模块的输入端。比较器模块包括反向接地电阻R19、反向输入电阻R20、滤波电容C6、第二运算放大器、输出电阻R14和LED指示灯。第二运算放大器的正向输入连接第一运算放大器的输出端，其输出端连接R14，R14级联LED指示灯，R20接入有5V基准电压，主要用于向反向输入基准电压。

具体推导过程如下：

(VOUT2–VOUT1/2)/10＝(VOUT1/2-ΔV)/10

ΔV＝VOUT1–VOUT2＝10mV/℃*(T1–T2)，假设器件表面温度T1比室温T2高出10℃，可得温差信号ΔV＝100mV＝0.1V。温差信号ΔV接至比较器U5，比较器U5的反向输入端VREF＝0.1V，由分压电阻R19、R20从电源5V分压得出，VREF＝5V/50K*1K＝0.1V。电容C5为比较器U5的电源滤波电容。若检测到元器件表面温度T1比室温T2高出10℃以上，则温差信号ΔV为0.1V以上，大于VREF 0.1V，比较器输出为电源电压5V，通过限流电阻R14点亮指示灯LED1器件短路，反之比较器输出为地，LED1指示灯灭，器件不发生短路。

综上所述，该检测电路带来的有益效果包括如下：

无需逐一拆除可疑元件，根据热源直接定位短路器件，耗时极短，效率高；

无需使用高精度毫欧表，仅利用电压源、带热电偶探针的温度检测电路即可进行短路测试，无需考虑拆除元器件造成的不必要浪费；

操作简单，只需设置电压限流后使用温度检测电路观测LED指示灯即可；

不仅可以检测短路，在大算力芯片的核心电等方面还可以通过量化等效电阻来区分是真短路还是输入阻抗小；

无需逐一拆除可疑元件，根据热源直接定位短路器件，耗时极短，效率高；

无需使用高精度毫欧表，仅利用电压源、带热电偶探针的温度检测电路即可进行短路测试，无需考虑拆除元器件造成的不必要浪费；

操作简单，只需设置电压限流后使用温度检测电路观测LED指示灯即可；

不仅可以检测短路，在大算力芯片的核心电等方面还可以通过量化等效电阻来区分是真短路还是输入阻抗小。

以上对本实用新型的较佳实施例进行了描述；需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本实用新型的实质内容；因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种PCBA电源轨短路的定位检测电路，所述PCBA电源轨上并联有若干组待测电子元器件，其特征在于，所述短路定位检测电路包括在所述PCBA电源轨上接入的外置电压源和检测待测电子元器件温度数据的温度检测电路；

所述电压源连接在电源轨两极，为待测电子元器件提供工作电压；所述温度检测电路包括两个热电偶探针，两个热电偶探针分别接入到所述温度检测电路的室温采集支路和元件温度采集支路上，分别用于测试室温和元件温度；

所述温度检测电路的比较器支路中接入有LED灯，当元件温度和室温温度满足设定温度差时LED灯亮，用于定位短路元件。

2.根据权利要求1所述的PCBA电源轨短路的定位检测电路，其特征在于，所述元件温度采集支路包括K型热电偶、热电偶调节器和调零电路；

K型热电偶集成在热电偶探针的检测端，正负级通过旁路电阻R1和R2连接到所述热电偶调节器的信号输入端；R1和热电偶负极之间设置有接地电阻R21；

所述调零电路包括电阻R3、R4、R5、R6和调压电源；调压电源正极连接电阻R3一端，R3另一端依次串联R4和R5，R5的另一端连接调压电源的负极输入，构成调压回路；其中的电阻R4为可调电阻，可调端通过电阻R6连接到所述热电偶调节器的HYS引脚。

3.根据权利要求2所述的PCBA电源轨短路的定位检测电路，其特征在于，所述室温采集支路和所述元件检测支路相同，两个采集支路分别通过所述热电偶调节器连接所述比较器支路。

4.根据权利要求3所述的PCBA电源轨短路的定位检测电路，其特征在于，所述比较器支路包括减法器模块和比较器模块；

所述减法器模块包括正向输入电阻R17、接地电阻R18、反向输入电阻R15、反馈电阻R16、滤波电容C5和第一运算放大器；R17和R18连接第一运算放大器的正向输入端、R15连接第一运算放大器的反向输入端，R16位于第一运算放大器的反向输入端和输出端之间；

所述比较器模块包括反向接地电阻R19、反向输入电阻R20、滤波电容C6、第二运算放大器、输出电阻R14和LED指示灯；第二运算放大器的正向输入连接第一运算放大器的输出端，输出端连接R14，R14级联LED指示灯；R20接入有5V基准电压。

5.根据权利要求2所述的PCBA电源轨短路的定位检测电路，其特征在于，所述K型热电偶的检测精度为10mV/℃。