PL227400B1 - Urzadzenie elektroniczne wyposazone w układ zabezpieczajacy przed uszkodzeniami wywołanymi ładunkami elektrostatycznymi - Google Patents

Abstract

W urządzeniu elektronicznym (1) wyposażonym w układ zabezpieczający (50) przed uszkodzeniami wywołanymi ładunkami elektrostatycznymi i posiadającym płytkę z metalowymi warstwami ekranującymi tworzącymi ekran (30), między którymi znajdują się układy i podzespoły elektroniczne i/lub co najmniej jedna wewnętrzna warstwa z obwodami elektrycznymi łączącymi układy i podzespoły elektroniczne, do jednej z metalowych warstw ekranujących (31, 32, 34, 35) jest podłączony główny równoległy układ RC (51, 52), który jest połączony z jednym z biegunów (-U, +U) układu zasilania płyty (62) z obwodami elektrycznymi, układami i podzespołami elektronicznymi (20, 38), a do innej z metalowych warstw ekranujących (31, 32, 34, 35) jest podłączony dodatkowy równoległy układ RC (53, 54), który jest połączony z pozostałym biegunem (-U, +U) układu zasilania płyty (40).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie elektroniczne wyposażone w układ zabezpieczający przed uszkodzeniami wywołanymi ładunkami elektrostatycznymi, w szczególności komputery, twarde dyski, urządzenia oświetlające z diodami LED.

W dobie odzieży wykonanej w większości z tkaniny z włókna sztucznego coraz większe zagrożenie stwarzają ładunki elektrostatyczne wytwarzane przez odzież, które mogą prowadzić do uszkodzeń podzespołów układów elektronicznych.

Celem niniejszego wynalazku jest stworzenie urządzenia elektronicznego z układem zabezpieczającym przed przepięciami.

Ideą wynalazku jest urządzenie elektroniczne wyposażone w układ zabezpieczający przed uszkodzeniami wywołanymi ładunkami elektrostatycznymi i posiadające płytkę z metalowymi warstwami ekranującymi tworzącymi ekran, między którymi znajdują się układy i podzespoły elektroniczne i/lub co najmniej jedna wewnętrzna warstwa z obwodami elektrycznymi łączącymi układy i podzespoły elektroniczne charakteryzujące się tym, że do jednej z metalowych warstw ekranujących jest podłączony główny równoległy układ RC, który jest połączony z jednym z biegunów układu zasilania płyty z obwodami elektrycznymi, układami i podzespołami elektronicznymi, a do innej z metalowych warstw ekranujących jest podłączony dodatkowy równoległy układ RC, który jest połączony z pozostałym biegunem układu zasilania płyty.

Korzystnie, jeden z biegunów układu zasilania, do którego jest podłączony główny równoległy układ RC, jest połączony z pozostałym biegunem układu zasilania, do którego jest podłączony pomocniczy równoległy układ RC, za pomocą układu prostowniczego w kierunku przewodzącym prąd elektryczny od bieguna ujemnego układu zasilania płytki z diodami LED do bieguna dodatniego układu zasilania płytki z diodami LED.

Korzystnie, jedną z metalowych warstw ekranujących płyty z obwodami elektrycznymi, układami i podzespołami elektronicznymi jest dolna metalowa warstwa ekranująca, która jest odizolowana od powierzchni stykowej obudowy lub jej elementu konstrukcyjnego.

Korzystnie, płytą z obwodami elektrycznymi, układami i podzespołami elektronicznymi jest płyta wielowarstwowa z obwodami drukowanymi.

Urządzeniem elektronicznym, w którym może być zastosowany układ zabezpieczający jest komputer albo dekoder, albo twardy dysk, albo urządzenie oświetlające z diodami LED.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie urządzenie elektroniczne 1 wyposażone w układ zabezpieczający, fig. 2 przedstawia widok aksonometryczny komputera bez obudowy górnej, fig. 3 przedstawia widok aksonometryczny fragmentu płytki z procesorem, fig. 4 przedstawia widok z góry na płytkę twardego dysku lub dekodera, fig. 5 przedstawia ogólny blokowy schemat elektryczny układu zasilania i sterowania modułem diod LED, a fig. 6 przedstawia fragment płyty z diodami LED.

Urządzenie elektroniczne 1 wyposażone w układ zabezpieczający 50 przed uszkodzeniami wywołanymi ładunkami elektrostatycznymi w najbardziej ogólnej postaci zostało przedstawione na fig. 1. Zawiera ono element najbardziej zagrożony na przepięcia lub wyładowania antystatyczne, jakim jest płyta główna 40 z układami elektronicznymi lub płytka z obwodami drukowanymi, zwana płytką PCB, na której są zamontowane różne układy półprzewodnikowe. Płyta główna 40 lub inna płytka z obwodami drukowanymi jest przymocowana do obudowy 5 lub do elementu konstrukcyjnego obudowy 5 w miejscu, gdzie znajduje się element 10 odbierający ciepło z powierzchnią stykową 11, z którą płyta główna 40 lub inna płytka z obwodami drukowanymi styka się swoją dolną powierzchnią.

Układ zabezpieczający 50, pokazany na fig. 1 jako układ antystatyczny, zawiera ekran 30 mający wiele metalowych warstw ekranujących 31, 32, 34, 35, które mogą być ze sobą połączone za pomocą łączy elektrycznych 33, zwanych również przelotkami, i co najmniej dwa równoległe układy RC 51, 52 i 53, 54. Równoległych układów RC może być nawet tyle ile jest metalowych warstw ekranujących lub więcej, gdy metalowe warstwy ekranujące mają duże powierzchnie. Metalowe warstwy ekranujące mogą otaczać lub rozdzielać układy i podzespoły elektroniczne. Między metalowymi warstwami ekranującymi może być również usytuowana co najmniej jedna wewnętrzna warstwa z obwodami elektrycznymi łączącymi układy i podzespoły elektroniczne. W rozwiązaniu przedstawionym na fig. 1 do jednej z metalowych warstw ekranujących, w tym przypadku metalowej warstwy ekranującej 32 jest podłączony główny równoległy układ RC 51, 52, który jest połączony z jednym z biegunów -U, +U, w tym przypadku z biegunem -U, układu zasilania płyty 40, na której znajduje się co najmniej jeden

PL 227 400 B1 podzespół, przykładowo procesor 20, układ sterowania 38, układy pomocnicze 39, przykładowo dekodera lub komputera, który fragmentarycznie zastał pokazany na fig. 2 i 3. Z inną metalową warstwą ekranującą 35 układu zabezpieczającego jest połączony dodatkowy równoległy układ RC 53, 54, który jest połączony z pozostałym biegunem -U, +U, w tym przypadku z biegunem +U, układu zasilania płyty. Określenia „główny” i „dodatkowy” mogą być zamiennie stosowane w odniesieniu do równoległych układów RC, które są układami składającymi się z co najmniej jednego opornika R i co najmniej jednego kondensatora C. Opcjonalnie, układ zabezpieczający 50 zawiera układ prostowniczy 55, w którym do jednego z wyprowadzeń jest podłączony jeden z biegunów -U, +U układu zasilania, do którego przykładowo jest podłączony główny równoległy układ RC 51, 52. Drugie z wyprowadzeń progowego układu prostowniczego, przykładowo diody Zenera, jest połączone z pozostałym biegunem -U, +U układu zasilania, do którego przykładowo jest podłączony pomocniczy równoległy układ RC 53, 54. Układ prostowniczy 55 w układzie zabezpieczającym 50 jest podłączony w kierunku przewodzącym prąd elektryczny od bieguna ujemnego -U układu zasilania płyty do bieguna dodatniego +U układu zasilania płyty i jest stosowany po to aby odprowadzić nadmiar ładunków ujemnych zgromadzonych na biegunie ujemnym -U.

W rozwiązaniu pokazanym na fig. 1, do obudowy 5 jest przymocowana również płyta układu zasilania 60 z układem 62 zasilania i z układem 63 zabezpieczeń podłączonym zaciskami 64, 65 do źródła prądu zmiennego. W przypadku, gdy urządzeniem 1 jest dekoder, posiada ono ponadto, przykładowo monitor 70 i zdalne urządzenie sterujące 80.

W rozwiązaniu pokazanym na fig. 2 urządzeniem elektronicznym jest komputer, który zawiera wspomnianą wcześniej płytę główną 40 z układami elektronicznymi lub płytkę z obwodami drukowanymi, zwaną płytką PCB, na której są zamontowane różne układy półprzewodnikowe, przykładowo procesor 20 z wyprowadzeniami lub nóżkami 21 oraz dodatkowe płytki 12, 15, do których jest dostęp przez otwory 14 w przedniej ściance 13 obudowy 5 komputera. Płyta 40, której fragment został szczegółowo pokazany na fig. 3, lub inna płytka z obwodami drukowanymi jest przymocowana do obudowy 5 lub do elementu konstrukcyjnego obudowy 5 najkorzystniej w miejscu, gdzie znajduje się element 10 odbierający ciepło z powierzchnią stykową 11, z którą płyta 40 lub inna płytka z obwodami drukowanym styka się swoją dolną powierzchnią.

Fragment płyty 40 urządzenia elektronicznego, na której znajduje się procesor 20 z nóżkami 21 usytuowany w obszarze 16 z brzegami 15, został w powiększeniu pokazany na fig. 3. Płyta ta jest płytą wielowarstwową i zawiera metalową dolną warstwę ekranującą 32, którą płyta 40 z układami półprzewodnikowymi jest zwrócona do powierzchni stykowej 11 elementu 10 odbierającego ciepło, którym może być część obudowy 5 lub element konstrukcyjny obudowy 5, od którego dolna warstwa ekranująca 32 jest odizolowana za pomocą dolnej warstwy izolacyjnej 43. Ponadto płyta 40 posiada co najmniej jedną metalową dodatkową warstwę ekranującą 31, która wraz z metalową dolną warstwą ekranującą 32, tworzy układ ekranujący 30, w skład którego wchodzą jeszcze dalsze metalowe warstwy ekranujące 34, 35, które są ze sobą połączone za pomocą łączy elektrycznych 33, zwanych również przelotkami. Między metalową dodatkową warstwę ekranującą 31 i metalową dolną warstwą ekranującą 32 jest usytuowana co najmniej jedna wewnętrzna warstwa 25, 26 z obwodami elektrycznymi, odizolowana od metalowej dodatkowej warstwy ekranującej 31 za pomocą górnej warstwy izolacyjnej 41 i odizolowana od metalowej dolnej warstwy ekranującej 32 za pomocą środkowej warstwy izolacyjnej 42. Obwody elektryczne znajdujące się w wewnętrznej warstwie 25, 26 posiadają ścieżki przewodzące, które są połączone z elementami urządzeń mocowanych na płycie 40, przykładowo procesora 20 za pomocą dodatkowych łączy 23, które są łączone z płytkami przyłączeniowymi 22, zwanych padami.

Fig. 4 przedstawia widok z góry płyty 140 twardego dysku lub dekodera 101. Płyta 140 została przymocowana do elementu 110 odbierającego ciepło z powierzchnią stykową 111, z którą płyta 140 lub inna płytka z obwodami drukowanymi styka się swoją dolną powierzchnią. Na górnej powierzchni płytki znajdują się metalowe warstwy ekranujące 131, 134, 135, 136, tworzące układ ekranujący 130, między którymi są umieszczone podzespoły elektroniczne 120, 160 zasilane przez niepokazane urządzenie zasilające za pomocą styków 164, 165. Do co najmniej dwóch z metalowych warstw ekranujących 131, 134, 135, 136, może być podłączony układ zabezpieczający 150, którego budowa i działanie zostały przedstawione w opisie dotyczącym urządzenia elektronicznego z fig. 1.

Jednym z urządzeń elektronicznych z układem zabezpieczającym jest świetlówka 201 z diodami LED 241, która jest coraz powszechniej stosowana zwłaszcza w budynkach publicznych. Świetlówka 201 przedstawiona na fig. 5 zawiera obudowę 205 mającą element odbierający ciepło 210

PL 227 400 B1 z powierzchnią 211 i klosz 220. Obudowa świetlówki 201 jest zakończona co najmniej jednym trzonkiem z cylindryczną oprawką 250 i zaślepką 260, między którymi znajduje się płytka zasilająca 270. Płytka 240 z diodami LED 241 może być zbudowana jako płyta wielowarstwowa, której budowa jest podobna do budowy płyty, która została opisana w nawiązaniu do fig. 3.

Fig. 6 przedstawia schemat uproszczonego obwodu elektrycznego 300 świetlówki z diodami LED z fig. 5, którego głównymi układami, poza diodami LED 241, są zasilacz 370, układ zabezpieczający 380, procesor lub moduł 345 sterowania LED z układami sterującymi i moduły lub segmenty 355 diod LED 241. Diody LED 241, pogrupowane w moduły 355 diod LED 341 do 342, 343 do 344 zawierające co najmniej jedną diodę LED, są przymocowane najczęściej w środkowym rejonie co najmniej jednej płytki 240 z obwodami drukowanymi, zwanej w skrócie płytką PCB. Załączaniem poszczególnych modułów 355 diod LED 341 do 342, 343 do 344, i dalszych steruje wspomniany już moduł 345 sterowania LED z układami sterującymi 351 i układami załączającymi 352, którego wejścia są połączone za pomocą oporników 347, regulujących za pomocą łączy 346 kolejność załączania poszczególnych sekwencji 355 diod LED. Wartość napięcia odniesienia na poszczególnych wejściach procesora 345 jest ponadto regulowana za pomocą opornika 350.

Układ zabezpieczający 380 urządzenia z diodami LED zawiera wiele metalowych warstw ekranujących, zaznaczonych schematycznie liniami 349, 389, 449, 649, które mogą być ze sobą połączone, i co najmniej dwa równoległe układy RC 381, 382 i 383, 384. W rozwiązaniu przedstawionym na fig. 6 do jednej z metalowych warstw ekranujących, w tym przypadku metalowej warstwy ekranującej 349 jest podłączony główny równoległy układ RC 381, 382, który jest połączony z jednym z biegunów -U, +U, w tym przypadku z biegunem +U, układu zasilania płyty 240, na której znajduje się moduł diod LED 241 i moduł sterowania 345 diod LED. Z inną metalową warstwą ekranującą 389, która jest połączona z warstwą ekranującą 349 za pomocą łącza elektrycznego 549, jest połączony dodatkowy równoległy układ RC 383, 384, który jest połączony z pozostałym biegunem -U, +U, w tym przypadku z biegunem -U, układu zasilania 370. Określenia „główny” i „dodatkowy” mogą być zamiennie stosowane w odniesieniu do równoległych układów RC, które są układami składającymi się z co najmniej jednego opornika R i co najmniej jednego kondensatora C połączonych równolegle. Opcjonalnie, układ zabezpieczający zawiera układ prostowniczy 385, w którym do jednego z wyprowadzeń jest podłączony jeden z biegunów -U, +U układu zasilania, do którego przykładowo jest podłączony główny równoległy układ RC 381, 382. Drugie z wyprowadzeń progowego układu prostowniczego, przykładowo dioda Zenera typu P4SMA400A firmy LittelFuse, jest połączone z pozostałym biegunem -U, +U układu zasilania, do którego przykładowo jest podłączony pomocniczy równoległy układ RC 383, 384. Układ prostowniczy 385 w układzie zabezpieczającym jest podłączony w kierunku przewodzącym prąd elektryczny od bieguna ujemnego -U układu zasilania płyty do bieguna dodatniego +U układu zasilania płyty i jest stosowany po to aby odprowadzić nadmiar ładunków ujemnych zgromadzonych na biegunie ujemnym -U.

Układ zabezpieczający 380 może być umieszczony na płycie 240, na której są umieszczone diody LED 241. Jedna z metalowych warstw ekranujących 349, co zostało szczegółowo pokazane na Fig. 6, może być usytuowana na dole płyty 240, i płyta 240 stroną najbliższą do dolnej metalowej warstwy ekranującej, jest skierowana do powierzchni stykowej 211 elementu 210 odbierającego ciepło, przykładowo radiatora pokazanego na fig. 5.

Jak wykazały badania, zastosowanie opisanego układu zabezpieczającego zapobiega przepięciom wywołanym ładunkami elektrostatycznymi.

Rozwiązanie według wynalazku zostało przedstawione na wybranych przykładach wykonania. Przykłady te nie ograniczają jednak wynalazku. Oczywiste jest, że można wprowadzić modyfikacje bez zmiany istoty rozwiązania. Prezentowane przykłady wykonania nie wyczerpują w pełni możliwości zastosowania rozwiązań według wynalazku.

Claims (1)

1. Urządzenie elektroniczne (1) wyposażone w układ zabezpieczający (50, 150, 380) przed uszkodzeniami wywołanymi ładunkami elektrostatycznymi i posiadające płytkę z metalowymi warstwami ekranującymi tworzącymi ekran (30), między którymi znajdują się układy i podzespoły elektroniczne i/lub co najmniej jedna wewnętrzna warstwa z obwodami elektrycznymi łączącymi układy i podzespoły elektroniczne, znamienne tym, że do jednej z metalowych

PL 227 400 B1 warstw ekranujących (31, 32, 34, 35, 131, 134, 135, 136) jest podłączony główny równoległy układ RC (51, 52), który jest połączony z jednym z biegunów (-U, +U) układu zasilania płyty (40, 140, 240) z obwodami elektrycznymi, układami i podzespołami elektronicznymi (20, 38, 120, 241), a do innej z metalowych warstw ekranujących (31, 32, 34, 35, 131, 134, 135, 136) jest podłączony dodatkowy równoległy układ RC (53, 54), który jest połączony z pozostałym biegunem (-U, +U) układu zasilania płyty (40).

Urządzenie elektroniczne według zastrz. 1, znamienne tym, że jeden z biegunów (-U, +U) układu zasilania, do którego jest podłączony główny równoległy układ RC (51, 52), jest połączony z pozostałym biegunem (-U, +U) układu zasilania, do którego jest podłączony pomocniczy równoległy układ RC (53, 54), za pomocą układu prostowniczego w kierunku przewodzącym prąd elektryczny od bieguna ujemnego (-U) układu zasilania płytki z diodami LED do bieguna dodatniego (+U) układu zasilania płytki z diodami LED.

Urządzenie elektroniczne według jednego z poprzednich zastrzeżeń, znamienne tym, że jedną z metalowych warstw ekranujących płyty (40, 60, 140, 240) z obwodami elektrycznymi, układami i podzespołami elektronicznymi (20, 38, 62, 63, 120, 160, 241) jest dolna metalowa warstwa ekranująca, która jest odizolowana od powierzchni stykowej (11, 111, 211) obudowy lub jej elementu konstrukcyjnego.

Urządzenie elektroniczne według jednego z poprzednich zastrzeżeń, znamienne tym, że płytą (40, 60, 140, 240) z obwodami elektrycznymi, układami i podzespołami elektronicznymi (20, 38, 62, 63, 120, 160, 241) jest płyta wielowarstwowa z obwodami drukowanymi.

Urządzenie elektroniczne według jednego z poprzednich zastrzeżeń, znamienne tym, że urządzeniem elektronicznym jest komputer.

Urządzenie elektroniczne według jednego z poprzednich zastrzeżeń, znamienne tym, że urządzeniem elektronicznym jest dekoder.

Urządzenie elektroniczne według jednego z poprzednich zastrzeżeń, znamienne tym, że urządzeniem elektronicznym jest twardy dysk.

Urządzenie elektroniczne według jednego z poprzednich zastrzeżeń, znamienne tym, że urządzeniem elektronicznym jest urządzenie oświetlające z diodami LED.