CN102280870B - 切换电路板及其保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种切换电路板及其保护方法，涉及电路板自动测量仪器制造技术领域，所述切换电路板包括：保护电路、控制电路和半导体模拟开关IC阵列；所述控制电路用于对保护电路和半导体模拟开关IC阵列进行控制，所述保护电路与半导体模拟开关IC阵列相连通；所述保护电路包括一组与测试通道对应连接的正向放电单元和反向放电单元，所述正向放电单元包括相连接的正向开关二极管和正向放电二极管，反向放电单元包括相连接的反向开关二极管和反向放电二极管；所述正向放电二极管的正极和反向放电二极管的负极均接地，所述正向放电二极管和反向放电二极管为瞬态电压抑制二极管；本发明放电速度快，能及时充分泄放静电，不易受浪涌大电流冲击而损坏。

Description

切换电路板及其保护方法
技术领域
本发明涉及电路板自动测量仪器制造技术领域，尤其涉及一种切换电路板及其保护方法。 
背景技术
在电子信息产品的组装电路板（PCBA）制造过程中，越来越多的采用组装电路板在线测试***（In-Circuit Test System）来快速检测故障元器件或组装缺陷。 
在这种专用检测设备中，切换电路板是一个重要部件，它连接于待测板与检测信号源及测量控制电路之间，起到切换测试通道的作用。 
传统的半导体模拟开关切换电路板，其保护线路采用集成了晶闸管（SCR）阵列的IC，这种结构放电速度慢，故静电不能及时充分泄放，且本身耐受电流电压低，易受浪涌大电流冲击而损坏，从而致使保护线路失效、半导体模拟开关IC烧毁。另外，集成了晶闸管阵列的IC成本较高。 
发明内容
（一）要解决的技术问题 
本发明要解决的技术问题是：提供一种切换电路板及其保护方法，其放电速度快，能够及时充分泄放静电，不易受浪涌大电流冲击而损坏，避免半导体模拟开关IC被烧毁，此外，本发明还具有成本低的特点。 
（二）技术方案 
为解决上述问题，本发明提供了一种切换电路板，包括：保护电路、控制电路、半导体模拟开关IC阵列和继电器放电保护阵列；所述控制电路用于对所述保护电路中的继电器开关进行断开和导通，所 述保护电路与半导体模拟开关IC阵列相互连通； 
所述保护电路包括一组与测试通道对应连接的正向放电单元和反向放电单元，所述正向放电单元包括相连接的正向开关二极管和正向放电二极管，所述反向放电单元包括相连接的反向开关二极管和反向放电二极管；所述正向放电二极管的正极和反向放电二极管的负极均接地，所述正向放电二极管和反向放电二极管为瞬态电压抑制二极管。 
所述继电器放电保护阵列包括一组与电路通道相连接的继电器开关，所述电路通道与待测组装电路板连接，所述继电器开关在控制电路控制下与所述测试通道。 
优选地，所述切换电路板还包括通过继电器开关与所述正向开关二极管和反向开关二极管分别连接的电压源。 
优选地，所述继电器开关包括继电器开关K1、K2、K3和K4，其中，K2、K4接地，K1、K3连接电压源。 
优选地，所述放电电阻R的阻值为1～100欧姆。 
优选地，所述电压源V+为5～15V，V-为－10～0V。 
一种前述切换电路板的保护方法，包括以下步骤： 
A：控制电路对保护电路中的继电器开关进行控制； 
B：待测电路板上的静电或电荷形成的电流通过测试通道使正向开关二极管或反向开关二极管导通； 
C：正向放电单元和反向放电单元中，与所述正向开关二极管或反向开关二极管对应的正向放电二极管或反向放电二极管放电，迅速使电压稳定在预定的箝位电压。 
优选地，所述方法还包括：使继电器放电保护阵列中的继电器开关接地。 
优选地，所述步骤A，进一步包括： 
测试之前、测试之后或测试间歇，控制电路使K2、K4导通，K1、K3断开； 
测试进行时，控制电路使K4、K2断开，K3、K1导通。 
（三）有益效果 
本发明中所采用的二极管阵列保护电路通过多个二极管或者继电器开关共享连接瞬态电压抑制二极管，充分利用了瞬态电压抑制二极管响应时间极快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小的优点，保证不同测试通道在放电时会经过低阻值电阻共同接地放电保护，而在测试进行时则相互绝缘且可被极速限制在预定的安全电压，从而有效地保护半导体模拟开关IC阵列等电子线路，免受各种浪涌脉冲的损坏。又因二极管阵列保护电路本身具有耐大电流高电压而不易损坏的特点，且可选用成本低、体积小的片式元件。所以本发明可更好的克服浪涌脉冲的损坏，是一种具有更高速放电保护的、更低成本的、更高寿命的切换电路板。在测量时，由于待测板的静电或残余电荷得到更快速充分泄放，故亦可提高测量的稳定性和检测效率。 
附图说明
图1为本发明所述切换电路板的结构示意图； 
图2为本发明实施例中所述切换电路板的保护方法流程图； 
图3为本发明实施例中所述切换电路板的电路结构框图； 
图4为本发明实施例中所述取消电路中的机械继电器的切换电路板电路结构框图； 
图5为本发明所述切换电路板中保护电路的电路原理图。 
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详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 
如图1所示，本发明所述的切换电路板，包括：保护电路、控制电路和半导体模拟开关IC阵列；所述控制电路用于对所述保护电路中的继电器开关进行断开和导通，所述保护电路与半导体模拟开关IC阵列相互连通；所述继电器开关包括继电器开关K1、K2、K3和K4，其中，K2、K4接地，K1、K3连接电压源； 
所述保护电路包括一组与测试通道对应连接的正向放电单元和反向放电单元，所述正向放电单元包括相连接的正向开关二极管和正向放电二极管，所述反向放电单元包括相连接的反向开关二极管和反向放电二极管；所述正向放电二极管的正极和反向放电二极管的负极分别接地，所述正向放电二极管和反向放电二极管为瞬态电压抑制二极管。所述正向开关二极管和反向开关二极管与电压源或者低阻值电阻通过继电器开关连接，所述低阻值电阻R接地。 
优选地，还包括继电器放电保护阵列，所述继电器放电保护阵列包括一组与待测组装电路板连接的电路通道相连接的继电器，所述继电器在控制电路控制下与所述测试通道或放电电阻R连接，所述放电电阻接地。放电电阻R的阻值为1～100欧姆。 
如图2所示，本发明所述的切换电路板的保护方法，包括以下步骤： 
A：控制电路对保护电路中的继电器开关进行控制； 
本步骤中，测试之前、测试之后或测试间歇，控制电路使K2、K4导通，K1、K3断开； 
测试进行时，控制电路使K4、K2断开，K3、K1导通。 
B：待测电路板上的静电或电荷形成的电流通过测试通道使正向开关二极管或反向开关二极管导通； 
C：正向放电单元和反向放电单元中，与所述正向开关二极管或反向开关二极管对应的正向放电二极管或反向放电二极管放电，迅速使电压稳定在预定的箝位电压。 
优选地，所述方法还包括：使继电器放电保护阵列中的继电器开关接地。 
如图3所示，在这种测量仪器中，以切换电路板（101或102）实现信号源及测量控制电路12与待测的组装电路板11的电路连接。 
然而待测的组装电路板11在制造过程中可能带有静电或残余的电荷，特别是当组装电路板经过上电的功能测试后，其上的储能元件如电容或电感，尤其是大的电容储存有大量静态的电荷。在进行测试接触连接时，有必要对待测的组装电路板11作放电保护，以减少甚至避免损坏切换电路板（101或102）上半导体模拟开关IC阵列24中的IC。 
如图3和图5所示，S1、S2…Sn（n为自然数）是与待测的组装电路板11连接的电路通道，在测试前，由控制电路21控制所有的继电器RL1、RL2…RLn，切换连接到R1、R2…Rn，而R1、R2…Rn的电阻值为1～100ohm，且与GND(地)连接，可实现在测试前的大电流放电，放电持续时间可为数十毫秒～数十秒。之后，由控制电路21控制所有机械继电器RL1、RL2…RLn切换连接到SN1、SN2…SNn。此处，也可以取消电路中的机械继电器RL1、RL2…RLn，使S1、S2…Sn（n为自然数）与SN1、SN2…SNn直接连接（如图4）。 
控制电路模块，由PLD等组成，其功能是接受测量控制电路的指令讯号，自动控制各机械继电器开关、光耦合继电器开关、半导体模拟开关IC的动作。 
在测试之前放电、测试之后放电或测试间歇放电：由控制电路21控制/DISCHARGE为低电平而控制/TEST为高电平，即此时K2、K4导通而K1、K3断开。假设二极管的正向导通压降为VF（例如，硅二极管的VF约为0.6～0.8V），则通道SN1上的正、负的浪涌电压分别经由DA1、DB1被放电后降至在-VF～+VF之间。SN2…SNn同理可被放电后降至在-VF～+VF之间。 
在测试进行时的钳位保护：由控制电路21控制/DISCHARGE为高电平而控制/TEST为低电平，即此时K4、K2断开而K3、K1导通。设V1=（V-）-VF，V2=（V+）+VF，则通道SN1上的正、负电压分别经 由DA1、DB1被限制在V1～V2之间。SN2…SNn同理可被限制在发V1～V2之间。 
D108可采用瞬态电压抑制（TVS）二极管WS10P6SMB，而D109可采用瞬态电压抑制（TVS）二极管WS5.0P6SMB。TVS的响应时间可达pS(10-12秒)量级。假设半导体模拟开关IC阵列24中的IC的最小可承受电压为VEE，而最大可承受电压为VDD。 
以下仅就SN1通道进行详述，其它通道SN2…SNn同理。 
在整个测试过程中，若SN1通道中有来自待测的组装电路板上的高电压静电或残余电荷，则在正电压瞬态峰值脉冲电流作用下，DA1呈正向导通状态，瞬态电压抑制二极管D108的两极间即会以10-12秒量级的速度，由高阻抗变为低阻抗，可吸收来自测试通道SN1上高达数百瓦以上的浪涌功率，使两极间的电压钳位于预定的最大箝位电压以下，从而使得测试通道SN1与GND之间的正电压极速降下来。 
同理，在负电压瞬态峰值脉冲电流作用下，DB1呈正向导通状态，瞬态电压抑制二极管D109的两极间亦会以10-12秒量级的速度，由高阻抗变为低阻抗，可吸收来自测试通道SN1上高达数百瓦以上的浪涌功率，使两极间的电压钳位于预定的最大箝位电压以下。从而使得测试通道SN1与GND之间的负电压极速降下来。 
通常二极管的正向导通时间忽略不计，所以在测试通道SN1上过高的对地正电压或是过高的对地负电压，皆可通过瞬态电压抑制二极管，以几乎为10-12秒量级的速度极速钳位于预定的低电压水平。 
这样就有效地保护附近电子线路中的元器件如K1、K2、K3、K4与电源V+、V-以及半导体模拟开关IC阵列24中的IC等，免受各种浪涌脉冲的损坏。 
如前面所述，在测试进行时，K4、K2断开而K3、K1导通，通道SN1上的正、负浪涌电压通过分别通过DA1与D108、DB1与D109，极速钳位于预定的低电压水平，并且分别经由K3、K1被限制在V1～V2 之间。其中，V1=（V-）-VF，V2=（V+）+VF，这样，只要设计使得（V-）≥VEE+VF，（V+）≤VDD-VF，即可确保半导体模拟开关IC阵列24中的IC不会因过电压而损坏。另外，在测试时，K3、K1导通，即电源V+与V-亦可分别经由D108与D109极速钳位于预定的正常电压水平，从而也保护到使用电源V+与V-的其它电路（例如半导体模拟开关IC可用其供电）免受浪涌高电压的冲击损坏。 
综上所述，本发明中所采用的二极管保护阵列保护电路通过众多二极管或者光耦合继电器开关共享连接瞬态电压抑制二极管，可充分利用瞬态电压抑制二极管具有响应时间极快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点。保证不同测试通道在放电时会经过小电阻R113或R114共同接地放电保护，而在测试进行时则相互绝缘且可被极速限制在V1～V2之间的安全电压水平，从而有效地保护半导体模拟开关IC阵列等电子线路，免受各种浪涌脉冲的损坏。又因二极管阵列保护电路本身具有耐大电流高电压而不易损坏的特点，且可选用成本低、体积小的片式元件。 
所以本发明可更好的克服浪涌脉冲的损坏，是一种具有更高速放电保护的、更低成本的、更高寿命的切换电路板。在测量时，由于待测板的静电或残余电荷得到更快速充分泄放，故亦可提高测量的稳定性和检测效率。 
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。 

Claims (8)

1.一种切换电路板，其特征在于，包括：保护电路、控制电路、半导体模拟开关IC阵列和继电器放电保护阵列；所述控制电路用于对所述保护电路中的继电器开关进行断开和导通，所述保护电路与半导体模拟开关IC阵列相互连通；
所述保护电路包括一组与测试通道对应连接的正向放电单元和反向放电单元，所述正向放电单元包括相连接的正向开关二极管和正向放电二极管，所述反向放电单元包括相连接的反向开关二极管和反向放电二极管；所述正向放电二极管的正极和反向放电二极管的负极均接地，所述正向放电二极管和反向放电二极管为瞬态电压抑制二极管；
所述继电器放电保护阵列包括一组与电路通道相连接的继电器开关，所述电路通道与待测组装电路板连接，所述继电器开关在控制电路控制下与所述测试通道或放电电阻R连接，所述放电电阻R接地。
2.如权利要求1所述的切换电路板，其特征在于，所述放电电阻R的阻值为1～100欧姆。
3.如权利要求1所述的切换电路板，其特征在于，还包括通过继电器开关与所述正向开关二极管和反向开关二极管分别连接的电压源。
4.如权利要求1所述的切换电路板，其特征在于，所述继电器开关包括继电器开关K1、K2、K3和K4，其中，K2、K4接地，K1、K3连接电压源。
5.如权利要求4所述的切换电路板，其特征在于，所述电压源V+为5～15V，V-为－10～0V。
6.一种权利要求1-5中任一项所述切换电路板的保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
A：控制电路对保护电路中的继电器开关进行控制；
B：待测电路板上的静电或电荷形成的电流通过测试通道使正向开关二极管或反向开关二极管导通；
C：正向放电单元和反向放电单元中，与所述正向开关二极管或反向开关二极管对应的正向放电二极管或反向放电二极管放电，迅速使电压稳定在预定的箝位电压。
7.如权利要求6所述的切换电路板的保护方法，其特征在于，还包括：使继电器放电保护阵列中的继电器开关接地。
8.如权利要求6所述的切换电路板的保护方法，其特征在于，所述步骤A，进一步包括：
测试之前、测试之后或测试间歇，控制电路使K2、K4导通，K1、K3断开；
测试进行时，控制电路使K4、K2断开，K3、K1导通。
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