專利名稱：防止線路板上的元器件造成短路的檢測及保護裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種線路板的短路檢測與保護裝置，特別涉及一種防止計算機主機板上的元器件造成短路的檢測及保護裝置。
背景技術：
隨著計算機技術的飛速發展，計算機的性能和集成度越來越高，中央處理器(CPU)、內存等關鍵部件的管腳數也更加密集，相應的，主機板上的插座也變得相當精密。在系統組裝或運輸過程中，由于主機板上插孔的排列十分緊密，很容易因使用者操作不規范或磕碰而使CPU和內存的管腳發生錯位、傾斜，導致CPU和內存安裝后發生短路，一開機便會燒毀CPU和內存及主機板。為防止短路發生，目前很多廠家都在CPU供電電路控制芯片上集成了過流保護功能，當工作過程中有短路發生時，供電電路的輸出電流瞬間大幅度增加，如超過芯片設定的閾值，則供電電路控制芯片會自動切斷供電輸出，從而起到保護作用。
然而，上述短路保護方法仍有以下不足1.上述方法主要是從產品設計角度避免短路考慮的，對于實際應用中需要用戶(包括組裝生產和最終用戶)操作的環節卻不能有效控制和保護。
2.上述方法只在保護電路處于正常工作狀態時才能起到檢測和保護作用，而通常從系統上電到供電電路控制芯片復位初始化結束，進入正常工作狀態，最少也要上百毫秒時間。如果上電前已經發生短路，那么從系統上電到保護電流功能生效的這段時間，因短路產生的強大電流足以使得工作電壓只有1點幾伏特的CPU等精密部件燒毀。
3.上述方法通常屬于供電電路控制芯片的附加功能，其具體功能、實現方法、可靠性等都因不同廠家的不同設計而存在差異，不能移植到多種不同的電子設備。
發明內容
為克服現有短路保護方法的不足，本發明的目的在于提供一種新的防止線路板上的元器件造成短路的檢測及保護裝置，對具有依靠接插件與線路板相連接的復雜元器件(如CPU和內存)的計算機，在上電開機前的意外短路進行檢測，從而起到保護CPU、內存等昂貴接插部件的作用。
本發明解決的主要技術問題是采用以下技術方案來實現的一種防止線路板上的元器件造成短路的保護裝置，在電子設備線路板上安裝包括固定參數檢測電路和待定參數檢測電路的專用檢測電路，并與待測電源連接，專用檢測電路由電子設備線路板本身所需要的具有Standby供電的標準ATX電源供電；固定參數檢測電路將被測電源的對地阻抗值轉換成電壓值1，與由待定參數檢測電路輸出的參考電壓值2比較，該待定參數檢測電路輸出的參考電壓值2代表待測電源對地阻抗的正常值；當電壓值1大于參考電壓值2時，專用檢測電路輸出目標元器件的供電電源正常信號；當電壓值1小于參考電壓值2時，專用檢測電路輸出報警信號，并通過保護電路產生電源管理控制信號，阻止所述的ATX電源上電。
所述的固定參數檢測電路由觸動開關、阻抗-電壓轉換器、電壓比較器、顯示控制電路、報警電路和保護電路順序連接組成阻抗-電壓轉換器的輸出端連接電壓比較器的一個輸入端，電壓比較器的另一個輸入端連接待定參數電路，觸動開關的一端連接阻抗-電壓轉換器，其另一端與待測電源連接。
所述的阻抗-電壓轉換器是通過將被測電源的對地直流阻抗與一電阻分壓網絡并聯，將被測電源的對地直流阻抗值轉換成電壓值1。電阻分壓網絡由兩只電阻串聯組成，其阻值根據被測電源的負載類型確定，兩只電阻的連接點即是觸動開關與阻抗-電壓轉換器的連接點。該電阻分壓網絡由ATX電源的5V Standby轉化而來的V_STB電源供電。
所述的待定參數檢測電路是一參考電壓分壓網絡，其輸出參考電壓值2。參考電壓分壓網絡由第一電阻與濾波電容并聯后，再與第二電阻串聯組成。其中濾波電容可根據實際情況增減。各分壓元器件的參數值，僅根據被測電源上的負載類型選定。
所述的顯示控制電路的輸入端口由TTL電路和/或邏輯“門”電路構成，可以允許與若干路檢測電路的電壓比較器的輸出端連接。
所述的保護電路是一個以D型觸發器為核心的控制電路，檢測電路顯示控制部分的輸出經由一只電阻連接D觸發器的時鐘信號端，其上升沿可令D觸發器翻轉；D觸發器的正輸出端連接到線路板上的電源管理控制信號，以控制線路板電源的開關。
本發明與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。由以上技術方案可知，本發明能對設備組裝和搬運等造成的線路板元器件短路進行檢測，當發生短路時，能及時切斷電源，避免上電開機時燒毀CPU、內存等昂貴接插部件。當電路按實際需要復制擴展后，可實現對電子設備的更多路電源進行檢測保護。本發明應用于主機板制造或系統生產測試時，可以取代部分測試設備，從而節省成本。
本發明的具體實施方式
由以下實施例及其附圖詳細給出。
圖1是本發明的主機板檢測電路框圖。
圖2是電阻分壓網絡3是參考電壓分壓網絡4是保護電路中
1---觸動開關2---阻抗-電壓轉換器3---電壓比較器 4---顯示控制電路5---報警電路6、7---參考電壓分壓網絡8、9---待測電源 10---保護電路具體實施方式
本發明特別適用于通過接插件與電子線路板連接的復雜元器件的短路檢測與保護，下面將以計算機主機板上的CPU、內存等元器件為例，對本發明的短路檢測及保護裝置作詳細說明。
請參閱圖1，本發明防止線路板上元器件造成短路的檢測及保護裝置，在主機板上安裝包括固定參數檢測電路和待定參數檢測電路構成的專用檢測電路，其中固定參數檢測電路包括觸動開關(1)、阻抗電壓轉換電路(2)、電壓比較器(3)、控制電路(4)、報警電路(5)和保護電路(10)；其中的待定參數檢測電路就是圖中所示的參考電壓分壓網絡(6)。固定參數檢測電路主要組成為觸動開關(1)的一端連接待測電源，另一端連接阻抗電壓轉換電路(2)；阻抗電壓轉換電路(2)的輸出端連接電壓比較器(3)的“+”輸入端、電壓比較器(3)的“-”輸入端連接參考電壓分壓網絡(6)；電壓比較器(3)的輸出端連接顯示控制電路(4)的輸入端；控制電路(4)的輸出端連接報警電路(5)；報警電路(5)的輸出端連接保護電路(10)。
請結合圖2，阻抗-電壓轉換器(2)是通過將被測電源對地直流阻抗并聯到一個電阻分壓網絡中而構成的。電阻分壓網絡由電阻R3、R4串聯組成，由來自ATX電源的5V Standby轉化而來的V_STB供電。觸動開關(SW1)的一端連接R3、R4的連接點，另一端連接被測電源VCC_CPU。SW1接通時，連接負載的被測電源與電阻分壓網絡接通，其直流阻抗并聯到分壓網絡的下端電阻R4，使電阻分壓網絡的分壓比發生改變，且該分壓比會隨著接在被測電源上負載的直流阻抗的變化而不同，從而將已接上負載的被測電源的直流阻抗，用電阻分壓網絡輸出電壓值的變化表示出來。該電阻分壓網絡的分壓器件值根據被測電源上負載類型確定，考慮到測量精度，分壓器件阻值應盡量大，并且盡量接近加有負載的被測電源上正常直流阻抗，還要考慮分壓器件的誤差分布參數的影響。該電阻分壓網絡的V_STB供電電壓值根據被測電源標稱電壓和分壓網絡電阻取值而確定。
如圖3所示，參考電壓分壓網絡(6)由電容C1與電阻R2并聯后，再與電阻R1串聯構成。各分壓器件值的選取非常關鍵，需要根據被測電源上負載類型也就是主機板支持的CPU類型確定，分壓網絡所提供的參考電壓值，需要盡量大，但必需小于該設備(如主機板)所有能支持CPU的電源引腳正常對地直流阻抗的下限值通過前述電阻分壓網絡輸出的電壓值，且要考慮分壓器件的精度影響。元器件值選定后在主機板設計時即被固定。該參考電壓分壓網絡(6)由V_STB供電。
電壓比較器(3)采用低偏離輸入電壓的雙電壓比較器(如LM393)。
代表被測電源直流阻抗的電阻分壓網絡輸出的電壓值與參考電壓分壓網絡(6)輸出的參考電壓值通過電壓比較器(3)相比較，當代表被測電源阻抗的“+”輸入端電壓值高于參考電壓值時，電壓比較器(3)輸出高電平，表示接上負載的被測電源對地直流阻抗大于預設的正常阻抗，未有短路發生；而當代表被測電源阻抗的“+”輸入端電壓值低于參考電壓值時，電壓比較器(3)輸出低電平，表示接上負載的被測電源對地直流阻抗小于預設的正常阻抗，認為發生短路。
顯示控制電路(4)由TTL電路和/或邏輯“門”電路組成。當需要同時檢測多路電源時，可以將各路檢測結果分別輸出，獨立驅動后面的報警電路以便盡快實現故障定位，也可以將檢測結果進行邏輯運算，共同驅動一個報警電路。
報警電路(5)采用LED顯示，也可以選用其他方式顯示。
保護電路(10)是一個以觸發器為核心的控制電路，以D觸發器為例，參見圖4，保護電路的輸入信號是顯示控制部分(直接或經過邏輯運算后)的輸出即檢測結果，它經由電阻R8連接D觸發器的時鐘信號端，其上升沿可以給D觸發器以觸發令觸發器翻轉；D觸發器的清除端經過電阻R9連接V_STB；D觸發器的預置端經過由電容CE1與電阻R10組成的延遲網絡連接到D觸發器的電源管腳和V_STB；D觸發器的數據端經過一個限流電阻接地；D觸發器的接地端接地；D觸發器的負輸出端空置；D觸發器的正輸出端連接到主板芯片組發給Super I/O或ATX電源的電源管理控制信號(如主板芯片組發給Super I/O的SLPS4#或PWRCTRL#等)，從而控制ATX電源的開關。
當電壓比較器(3)輸出高電平，則驅動綠色指示燈亮，表示一切正常，未有短路發生，可以松開觸動開關，被測電源與檢測電路斷開，檢測完成，可以正常開機；如果電壓比較器(3)輸出低電平，則驅動當前被測這一路電源的紅色指示燈報警，提醒用戶當前被測電源發生短路，同時將結果輸出給保護電路(10)，使得保護電路(10)的D型觸發器發生翻轉，輸出電源管理控制信號，并一直保持，此時用戶需要松開觸動開關使被測電源與檢測電路斷開，拔除ATX電源插頭以徹底切斷電源，進一步檢查短路起因。即使用戶未看到或不理會報警電路(5)的LED顯示報警強行按開機按鈕，由于有保護電路控制電源管理信號，也無法啟動ATX電源，從根本上保護了主板和CPU，避免了損失。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，特別是在集成電路工業高速發展的當今，將幾種功能的電路集成在一塊集成電路中已經成為很平常的事，能實現同一種功能的集成電路也有多種型號，但凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改(例如使用主要功能相同而型號不同的集成電路)、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。
權利要求
1.一種防止線路板上的元器件造成短路的檢測及保護裝置，其特征在于在電子設備線路板上安裝包括固定參數檢測電路和待定參數檢測電路的專用檢測電路，并與待測電源連接，專用檢測電路由電子設備線路板本身所需要的具有Standby供電的標準ATX電源供電；固定參數檢測電路將被測電源的對地阻抗值轉換成電壓值1，與由待定參數檢測電路輸出的參考電壓值2比較，該待定參數檢測電路輸出的參考電壓值2代表待測電源對地阻抗的正常值的下限值；當電壓值1大于參考電壓值2時，專用檢測電路輸出目標元器件的供電電源正常信號，當電壓值1小于參考電壓值2時，專用檢測電路輸出報警信號，并通過保護電路產生電源管理控制信號，阻止所述的ATX電源上電。
2.根據權利要求1所述的防止線路板上的元器件造成短路的檢測及保護裝置，其特征在于所述的固定參數檢測電路由觸動開關、阻抗-電壓轉換器、電壓比較器、顯示控制電路、報警電路和保護電路順序連接組成阻抗-電壓轉換器的輸出端連接電壓比較器的一個輸入端，電壓比較器的另一個輸入端連接待定參數電路，觸動開關的一端連接阻抗-電壓轉換器，其另一端與待測電源連接。
3.根據權利要求2所述的防止線路板上的元器件造成短路的檢測及保護裝置，其特征在于所述的阻抗-電壓轉換器是通過將被測電源的對地直流阻抗與一電阻分壓網絡并聯，將被測電源的對地直流阻抗值轉換成電壓值1。
4.根據權利要求1所述的防止線路板上的元器件造成短路的檢測及保護裝置，其特征在于所述的待定參數檢測電路是一參考電壓分壓網絡，其輸出參考電壓值2。
5.根據權利要求3所述的防止線路板上的元器件造成短路的檢測及保護裝置，其特征在于所述的電阻分壓網絡由兩只電阻串聯組成，其阻值根據被測電源的負載類型確定，兩只電阻的連接點即是觸動開關與阻抗-電壓轉換器的連接點。該電阻分壓網絡由ATX電源的5V Standby轉化而來的V_STB電源供電。
6.根據權利要求4所述的防止線路板上的元器件造成短路的檢測及保護裝置，其特征在于所述的參考電壓分壓網絡由第一電阻與電容并聯后，再與第二電阻串聯組成。
7.根據權利要求6所述的防止線路板上的元器件造成短路的檢測及保護裝置，其特征在于所述參考電壓分壓網絡中的電容用于消除噪聲，可根據實際情況增減。
8.根據權利要求4或6所述的防止線路板上的元器件造成短路的檢測及保護裝置，其特征在于所述參考電壓分壓網絡中分壓元器件的參數值，僅根據被測電源上的負載類型選定。
9.根據權利要求2所述的防止線路板上的元器件造成短路的檢測及保護裝置，其特征在于所述的顯示控制電路的輸入端口由TTL電路或邏輯“門”電路構成，可以允許與若干路檢測電路的電壓比較器的輸出端連接，以進行若干路檢測結果的綜合邏輯運算的結果來控制報警顯示。
10.根據權利要求2所述的防止線路板上的元器件造成短路的檢測及保護裝置，其特征在于所述的保護電路是以觸發器為核心的控制電路，檢測電路顯示控制部分的輸出經由一電阻連接觸發器的信號端，可令觸發器翻轉；觸發器的輸出端連接到線路板上的電源管理控制信號，以控制線路板電源的開關。
全文摘要
一種防止線路板上的元器件產生電源短路的檢測及保護裝置，利用安裝在電子設備線路板上的專用檢測電路和電子設備線路板本身所需要的具有Standby供電的標準ATX電源，實現對上電開機前的意外短路進行檢測、報警和保護。專用檢測電路由觸動開關、阻抗－電壓轉換器、電壓比較器、報警控制電路、報警顯示電路和保護電路順序連接組成。需要時，利用觸動開關使被測電源和檢測電路接通。將被測電源的對地阻抗值轉換成電壓值后，與預設的代表正常阻抗的參考電壓值比較并產生正常或報警信號。觸動開關斷開后，檢測電路與被測電源斷開，供使用者正常開機或排除故障；發生短路故障時，專用檢測電路中的保護電路阻止ATX電源上電。
文檔編號H02H11/00GK1512641SQ0215946
公開日2004年7月14日 申請日期2002年12月31日 優先權日2002年12月31日
發明者陳恒, 劉永華, 陳 恒 申請人:聯想(北京)有限公司