专利名称：具有过热保护的电源接线板的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种电气技术领域的电源接线板，具体是一种具有过热保护 的电源接线板。 .
背景技术：
众所周知，电源接线板已经被广泛地应用于办公室和家庭等各种场所，但是 其散热问题始终是使用者所普遍关注的焦点。电源接线板是连接多种用电设备的 电源连接器，被连接电气设备所需的工作电流全部通过电源接线板来提供，电流 在流经导线以及插头与插座接触点上的热损耗在所难免。当电源接线板所连接的 用电设备的工作电流超出电源接线板所允许的额定值时，电流在电源接线板上所 产生的热耗必然会对电源接线板上的塑料介质起到破坏性的作用而影响其使用 寿命，同时还会引起电源接线板电源线绝缘介质的脆化，甚至引起燃烧起火。
由此可见，从使用安全角度来考虑问题，电源接线板在现有技术基础上必须
具备自然散热功能，而且还应该对电源接线板处于临界最大允许工作温度的情况 下具有自动报警保护性能。
经对现有技术文献的检索发现，高原编译的"有助于减小功耗的散热技术" (《电源世界》2005年第七期)针对"芯片和器件的相联系统及电源管理设备中 的功率密度正不断升高，而且为了支持更大的功率负载，释放出的热量也越来越
多"指出"散热问题显得越来越重要"，并介绍了包括对流冷却、热界面材料
性能改善、散热器等技术手段来解决电气设备的散热问题。但是，上述所介绍的 散热装置均属于结构复杂、制造成本高的技术装置与方法，无法满足于电源接线 板的低成本、高性能的技术条件要求。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种具有过热保护的电源接线 板，本发明在工作过程能够快速地向外界散发工作电流所产生的热量， 一旦电源 接线板的工作温度达到或者超过最高允许工作温度，能实时地发出警报，提醒工 作人员注意并采取措施避免事故的发生。
4本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括外壳、插座、检测报警模 块、接线板开关和底座，其中插座和接线板开关依次设置于外壳上，外壳与底 座相卡接，检测报警模块设置于底座上并通过底座接地，接线板开关的一端与插 座和检测报警模块相连接，接线板开关的另一端与外壳外部的电源接线板插头相 连接。
所述外壳由热导率大于20『/(m.《)的导热塑料热压成形制成。
所述的检测报警模块包括电源单元、温度检测电桥单元、放大单元和报警 单元，其中电源单元与插座并联后连接至接线板开关并向温度检测电桥单元提 供电源输入，温度检测电桥单元依次连接放大单元和报警单元，温度检测电桥单 元设置于外壳内部近接线板开关的一侧。
所述的电源单元包括降压电路、整流滤波电路和稳压电路，其中降压电 路的输入端连接交流市电，降压电路的输出端同时与稳压电路和整流滤波电路相 连接，整流滤波电路的输出端同时与放大单元和限流电阻相连。
所述电源单元中的降压电路包括相互并联的降压电容器和电荷泄放电阻 器，其中降压电容器的容值为0.4//尸/2001/ 1//尸/450「，电荷泄放电阻的
阻值为0. 5MQ 2MQ。
所述电源单元中的整流滤波电路包括串联的整流二极管和并联的滤波电容 器，其中整流二极管的额定工作电流为1A，反向峰值电压为450V，滤波电容 器的参数为100//F/450r 。
所述电源单元中的稳压电路为并联的稳压二极管，该稳压二极管的稳压值为 腺 14F 。
所述的温度检测电桥单元包括动态电桥臂和静态电桥臂，其中静态电桥 臂包括两个阻值相等的金属膜电阻器，动态电桥臂包括热敏电阻器和微调电阻 器，静态电桥臂与动态电桥臂连接的两个交点即为温度检测电桥单元的工作电源 输入端点，接受正电压输入的端点称为正极端点，接受负电压输入的端点称为负 极端点，静态电桥臂之间以及动态电桥臂之间的两个连接点即为温度检测电桥单 元的温度信号输出端点，温度检测电桥单元输出端点输出的温度传感信号是该两 个端点的电位差，亦即两个端点的电压，温度检测电桥单元输出端点与放大单元 相连接。
5所述的温度检测电桥单元中的热敏电阻器具体是负温度系数热敏电阻器、临 界温度热敏电阻器或正温度系数热敏电阻器中的一种。 所述负温度系数热敏电阻器的温度阻值为-
1 1
= i 0 exp
5
273+ f 273+ L
其中，i ,为热敏电阻器在温度,时的阻值(Q);及。为热敏电阻器在温度/。时 的阻值(Q); /。、 f分别为介质的起始温度和当前温度rC); 5为热敏电阻器材 料系数，取值范围为2000 6000K; S值的大小取决于热敏电阻器制作的材料，
对于氧化物半导体热敏电阻，5的计算公式为^ = #， AE为杂质在半导体中 的电离能；A:为波尔兹曼常数。
所述的温度检测电桥单元中的微调电阻器可调范围为100Q 47AQ，调节 精度为0. UQ。
在所述温度检测电桥单元与电源单元之间设有限流电阻器，该限流电阻器具 体连接于电源单元的输出正极端点和温度检测电桥单元的工作电源输入正极端 点之间，其阻值为50Q 470Q。
所述的放大单元为直接耦合NPN型共集放大电路，即射极跟随器，其中集 电极与电源模块连接，基极偏置电阻器分别连接NPN型三极管的基极和电源模 块，负载电阻器的一端与NPN型三极管的发射极连接、 一端与电源模块的负极连 接并接地，NPN型三极管的发射极与报警模块相连接。
所述的NPN型三极管的电流放大系数-为90 110。
所述的报警单元包括报警器和音箱，其中报警器的输入端与放大模块的输
出端相连接，报警器置于音箱中。
所述的音箱即为电源接线板的外壳与底座卡接后所形成的体腔。
本发明中的电源模块将交流市电的电压降低并整流后分别作为温度检测电
桥单元和放大单元的电源，温度检测电桥单元经微调电阻器设定电桥工作状态后
保持输出值低于放大单元的静态工作点，当热敏电阻器因被检测温度引起电阻值
6变化后，温度检测电桥单元产生足够大的电压信号输出并由放大单元将信号放大 至报警单元以音频信号输出警示用户。
与现有技术相比，本发明能够连续地将电源接线板所产生的热量向外散发， 因此确保电源接线板始终工作在低于环境温度的条件下；同时，能够实时监测电 源接线板的工作温度，电源接线板一旦出现超过所允许温度极限值的非正常工作 状态会立即进行预警。本发明结构简单，安装维护方便，制造成本低廉，采用电 源接线板的壳体作为音箱，报警模块能够发出足够分贝的音响预警，报警器的内 置也使得原有电源接线板外观不受任何改动，也减少了灰尘落入的可能性。
图l为本发明结构示意图； 图2为本发明局部热流图； 图3为检测报警模块示意图4为检测报警模块电路图。
具体实施例方式
下面对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下 进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限 于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括外壳1、插座2、检测报警模块3、接线板开
关4和底座5，其中插座2和接线板开关4依次设置于外壳1上，外壳l与底 座5相卡接，检测报警模块3设置于底座5上并通过底座5接地，接线板开关4 的一端与插座2和检测报警模块3相连接，接线板开关4的另一端与外壳1外部 的电源接线板插头相连接。
所述外壳l由热导率大于20『/(w《)的导热塑料热压成形制成，该导热塑
料采用75%聚乙烯、15%纳米陶瓷纤维、5%乙烯一辛烯聚合物和5%苯乙烯一
丁烯一苯乙烯聚合物进行混合搅拌；然后通过密炼机进行预塑化、破碎；再将破
碎后的混合材料经过双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、牵引、切粒而形成具有高导 热特性塑料粒子。借助事先开好的电源接线板外壳模具，通过注塑机将高导热特 性塑料粒子热挤压制作完成各种外形规格电源接线板的导热塑料外壳l。
所述的纳米陶瓷纤维是指含有质量百分比为2%的钛酸脂的纳米陶瓷纤维， 该纳米陶瓷纤维在制备时先添加1%的钛酸脂并在30 7(TC的温度下均匀搅拌七分钟，然后再加入同等重量的钛酸脂后继续搅拌八分钟后即形成具有偶联特性 的纳米陶瓷纤维。
如图2所示为外壳1的热流图，箭头所指方向为热能传导方向，电源接线板 工作时所产生的热量能够有效传导到外壳1的表层，再利用导热塑料外壳1与环 境空气有着良好的接触面积，通过辐射和自然对流的方式将导热塑料外壳1外表 面的热量向周围空间散发；借助导热塑料外壳1的高导热系数的作用使得电源接 线板上的插座2、接线板开关4和电源总线所产生的所有热量都会定向传递到外 壳l，并始终向外壳l的外表面传递，因此使得电源接线板所生成的热量连续向 外散发而使整个电源接线板达到降温的效果。
如图l、图3和图4所示，所述的检测报警模块3包括电源单元6、温度 检测电桥单元7、放大单元8和报警单元9，其中电源单元6与插座2并联后 连接至接线板开关4并向温度检测电桥单元7提供电源输入，温度检测电桥单元 7依次连接放大单元8和报警单元9，温度检测电桥单元7设置于外壳1内部近 接线板开关4的一侧。
所述的电源单元6包括降压电容器IO、电荷泄放电阻器ll、整流二极管 12、稳压二极管13、滤波电容器14和限流电阻器15，其中降压电容器10与 电荷泄放电阻器11并联，即降压电容器10的第一端头与电荷泄放电阻器11第 一端头并接，降压电容器10的第二端头与电荷泄放电阻器11第二端头并接；降 压电容器10的第一端头与电荷泄放电阻器11第一端头的并接点与交流市电的火 线连接，降压电容器10的第二端头与电荷泄放电阻器11第二端头的并接点与整 流二极管12的正极连接，同时也与稳压二极管13的负极连接；整流二极管12 的负极与滤波电容器14的第一端头连接，整流二极管12的负极与滤波电容器 14的第一端头的 连接点同时也是第二输出接口的正极输出端头，该端头同时也 与限流电阻器15的第一端头连接；限流电阻器15的第二端头即为电源单元6第 一输出接口的正极输出端头；电源单元6的第一输出接口的正、负极输出端头分 别与温度检测电桥单元7的电源输入接口的正、负极输入端点连接；电源单元6 的第二输出接口的正、负极输出端头分别与放大单元8的电源输入接口的正、负 极输入端点连接。
所述的降压电容器10的电容值为1〃F/450r ,电荷泄放电阻器11的电阻 值为1MQ，稳压二极管13的稳压值为12 r，滤波电容器14的电容值为100//F/450r ，限流电阻器15的电阻值为350Q。
所述的稳压二极管13的正极、滤波电容器14的第二端头、第一输出接口的 负极输出端头、第二输出接口的负极输出端头、温度检测电桥单元7的电源输入 接口的负极输入端点、放大单元8的接地端、报警模块5输入接口的负极输入端 点和交流市电的零线同电位，即相互连接。
如图4所示，所述的温度检测电桥单元7包括热敏电阻器16、微调电阻 器17、第一金属膜电阻器18和第二金属膜电阻器19共同构成温度检测电桥单 元7的动态臂和静态臂，其中动态臂由热敏电阻器16和微调电阻器17连接而 成，静态臂由第一金属膜电阻器18和第二金属膜电阻器19连接而成，具体连接 方式为热敏电阻器16的第一个端头与微调电阻器17的第二个端头连接，微调 电阻器17的第一个端头与第一金属膜电阻器18的第一个端头连接，第一金属膜 电阻器18的第二个端头与第二金属膜电阻器19的第一个端头连接，第二金属膜 电阻器19的第二个端头与热敏电阻器16的第二个端头连接；第二金属膜电阻器 19的第二个端头与热敏电阻器16的第二个端头的连接点作为温度检测电桥单元 7的输入接口的正极端头与电源模块1的第一输出接口的正极端头连接，微调电 阻器17的第一个端头与第一金属膜电阻器18的第一个端头的连接点作为温度检 测电桥单元7的输入接口的负极端头与电源模块1的第一输出接口的负极端头连 接；热敏电阻器16的第一个端头与微调电阻器17的第二个端头的连接点作为温 度检测电桥单元7输出接口的第 一个电位输出端点与放大单元8输入接口的正极 端点连接，第一金属膜电阻器18的第二个端头与第二金属膜电阻器19的第一个 端头的连接点作为温度检测电桥单元7的第二个电位输出端点与放大单元8输入 接口的负极端点连接。
所述的第一金属膜电阻器18和第二金属膜电阻器19的电阻值为350 Q ，该 金属膜电阻器在7(TC时额定功率为0. 167W、温度系数为(15 土50)x10—6/°C、元 件极限电压200V、绝缘电压250V、允许误差土O. 1%。
所述的热敏电阻器16采用贴片式负温度系数热敏电阻器，该热敏电阻器具 体贴装于外壳内部近接线板开关的一侧的电源线的绝缘外层，该热敏电阻器的尺 寸为长(mm) X宽(mm) X厚(mm) = (3.2±0.20)x(1.2±0.20)x(1.60) ， 25。C时
的电阻值为， 25 °C对5(TC时的5 = 3350〖，使用温度范围-40°C ~ +125°C ，额定功率为250mW。
如图4所示，所述的放大单元8包括NPN型晶体三极管20、发射极负载电 阻器21和基极偏置电阻器22，其中NPN型晶体三极管20的集电极直接与电源 单元6第二输出接口的正极端点连接，发射极负载电阻器21串接于NPN型晶体 三极管20的发射极和电源单元6第二输出接口的负极端点，即接地点之间，基 极偏置电阻器22跨接于NPN型晶体三极管20的基极和电源单元6第二输出接口 的正极端点之间，NPN型晶体三极管20的基极与温度检测电桥单元7输出接口 的第一个电位输出端点直接耦合的方式连接。
所述的NPN型晶体三极管20的电流放大系数/ 为100，由NPN型晶体三极
管20构成的射极跟随器的输入电压起始值为IV。 本实施例通过如下方式进行工作
第一步，使用前的必要调试在使用本具有过热保护的电源接线板之前己经 对其中的温度检测电桥单元7与放大单元8进行了必要的调试。
所述温度检测电桥单元7的调试，即在具有过热保护的电源接线板接入220V 交流市电的情况下，调节微调电阻器17的电阻值，使得温度检测电桥单元7事 先处于平衡状态或者不平衡状态。所谓"平衡状态"即微调电阻器17与热敏电 阻器16的电阻值相等，此时温度检测电桥单元7的输出电压为零；所谓"不平 衡状态"即微调电阻器17与热敏电阻器16的电阻值不相等，此时温度检测电桥 单元7的输出电压不为零，即有一定电压信号输出。 一旦调节微调电阻器17的 电阻值，使得温度检测电桥单元7事先处于平衡状态，则意味着带电电源接线 板的温度只有升高到一定数值时，温度检测电桥单元7才会产生足够高于放大单 元8输入起始电压值IV的电压信号输出，否则放大单元8不会对温度检测电桥 单元7所输出的电压信号进行放大； 一旦调节微调电阻器17的电阻值，使得温
度检测电桥单元7事先处于某种不平衡状态，如微调电阻器17的电阻值比热 敏电阻器16的阻值大，而且两者的比例为11:7，当温i检测电桥单元7的输入 电压为6V时，热敏电阻的阻值尚未发生变化的情况下，温度检测电桥单元7的 输出电压为0.82V，此时，带电的电源接线板只要产生较小的温度提升，温度检 测电桥单元7就能产生足够高于放大单元8输入起始电压值IV的电压信号输出 而被放大单元8所放大。温度检测电桥单元7调试的目的就在于为温度检测电桥 单元7设定一个温度传感起始阈值。所述放大单元8的调试，即调节NPN型晶体三极管20的基极偏置电阻器22 的电阻值，以便为NPN型晶体三极管20设置合适的静态工作点，调节放大单元 8的输入电压起始值，同时确保NPN型晶体三极管20具有足够的功率放大性能。
第二步，正常使用-
当电源接线板工作时，所产生的热量始终通过导热塑料外壳1的外表面向周 围空间散发，因此起到良好的降温效果；电源接线板一旦出现温度升高到预置的 最高允许温度阈值，立即破坏了温度检测电桥单元7原有的输出状态，使得温度 检测电桥单元7输出一个新的电压信号，因为该电压信号超过了放大单元8的输 入电压起始值，放大单元8即将温度检测电桥单元7输出的信号加以放大到足以 驱动报警模块发出音响，因此提醒周边的人员注意电源接线板过热，因此能够 有效避免电源接线板的损坏、或者可能会酿成的火灾事故。
本实施例具有以下明显效果
① 电源接线板工作过程，所产生的热量始终通过导热塑料外壳的外表面向周 围空间散发，因此起到良好的降温效果；电源接线板一旦出现温度升高到预置的
最高允许温度值，立即通过报警器发出音响，提醒周边的人员注意电源接线板
过热，因此能够有效避免电源接线板的损坏、或者可能会酿成的火灾事故，确保
了电源接线板始终处于安全的工作环境和状态。
② 运行可靠,结构简单、体积小，安装方便，制造成本低廉。
③ 利用电源接线板原有的内部空腔作为共振音柱，在无需另行增设信号功率 放大器的情况下，报警模块能够发出足够分贝的音响，同时也无需对安装报警模
块的部位另行开？L，确保了原有电源接线板外观不受任何改动，也减少了灰尘落
入的可能性。
1权利要求
1、一种具有过热保护的电源接线板，包括外壳、插座、接线板开关和底座，其特征在于还包括检测报警模块，其中插座和接线板开关依次设置于外壳上，外壳与底座相卡接，检测报警模块设置于底座上并通过底座接地，接线板开关的一端与插座和检测报警模块相连接，接线板开关的另一端与外壳外部的电源接线板插头相连接，所述外壳由热导率大于20W/(m·K)的导热塑料热压成形制成；所述的检测报警模块包括电源单元、温度检测电桥单元、放大单元和报警单元，其中电源单元与插座并联后连接至接线板开关并向温度检测电桥单元提供电源输入，温度检测电桥单元依次连接放大单元和报警单元，温度检测电桥单元设置于外壳内部近接线板开关的一侧。
2、 根据权利要求1所述的具有过热保护的电源接线板，其特征是，所述的 电源单元包括降压电路、整流滤波电路和稳压电路，其中降压电路的输入端 连接交流市电，降压电路的输出端同时与稳压电路和整流滤波电路相连接，整流 滤波电路的输出端同时与放大单元和限流电阻相连。
3、 根据权利要求1所述的具有过热保护的电源接线板，其特征是，所述的 温度检测电桥单元包括动态电桥臂和静态电桥臂，其中静态电桥臂包括两个 阻值相等的金属膜电阻器，动态电桥臂包括热敏电阻器和微调电阻器，静态电桥 臂与动态电桥臂连接的两个交点即为温度检测电桥单元的工作电源输入端点，接 受正电压输入的端点称为正极端点，接受负电压输入的端点称为负极端点，静态 电桥臂之间以及动态电桥臂之间的两个连接点即为温度检测电桥单元的温度信 号输出端点，温度检测电桥单元输出端点输出的温度传感信号是该两个端点的电 位差，亦即两个端点的电压，温度检测电桥单元输出端点与放大单元相连接。
4、 根据权利要求3所述的具有过热保护的电源接线板，其特征是，所述的 热敏电阻器是负温度系数热敏电阻器、临界温度热敏电阻器或正温度系数热敏电 阻器中的一种。
5、 根据权利要求4所述的具有过热保护的电源接线板，其特征是，所述负 温度系数热敏电阻器的温度阻值为<formula>formula see original document page 3</formula>其中，i ,为热敏电阻器在温度/时的阻值；及。为热敏电阻器在温度^。时的阻 值；/。、 /分别为介质的起始温度和当前温度；^为热敏电阻器材料系数，取值 范围为2000 6000K; S值的大小取决于热敏电阻器制作的材料，对于氧化物半导体热敏电阻，S的计算公式为￡ = ^，式中AE为杂质在半导体中的电离能； A:为波尔兹曼常数。
6、 根据权利要求l所述的具有过热保护的电源接线板，其特征是，所述的 放大单元为直接耦合NPN型共集放大电路，即射极跟随器，其中集电极直流与 电源模块连接，基极偏置电阻器分别连接NPN型三极管的基极和电源模块，负载 电阻器的一端与NPN型三极管的发射极连接、 一端与电源模块的负极连接并接 地，NPN型三极管的发射极与报警模块相连接。
7、 根据权利要求1所述的具有过热保护的电源接线板，其特征是，所述的 报警单元包括报警器和音箱，其中报警器的输入端与放大模块的输出端相连接，报警器置于音箱中。
8、 根据权利要求7所述的具有过热保护的电源接线板，其特征是，所述的 音箱即为电源接线板的外壳。 ，
9、 根据权利要求l所述的具有过热保护的电源接线板，其特征是，所述外 壳中的导热塑料所含组分及质量比为基体材料:纳米陶瓷纤维乙烯辛烯聚合物 苯乙烯丁烯苯乙烯聚合物=15:3:1:1。
10、 根据权利要求9所述的具有过热保护的电源接线板，其特征是，所述的 纳米陶瓷纤维是指含有质量百分比为2%的钛酸脂的纳米陶瓷纤维。
全文摘要
一种电源接线板安全保护技术领域的具有过热保护的电源接线板，包括外壳、插座、检测报警模块、接线板开关和底座，其中插座和接线板开关依次设置于外壳上，外壳与底座相卡接，检测报警模块设置于底座上并通过底座接地，接线板开关的一端与插座和检测报警模块相连接，接线板开关的另一端与外壳外部的电源接线板插头相连接，本发明能够在电源接线板的工作温度达到或者超过最高允许工作温度时实时地发出警报，提醒工作人员注意并采取措施避免事故的发生。
文档编号H01R13/66GK101494345SQ200910045380
公开日2009年7月29日 申请日期2009年1月15日 优先权日2009年1月15日
发明者唐厚君, 张秀彬, 王广富 申请人:宁波奥博尔电器有限公司