一种有助于静电消除装置小型化的方法与流程

1.本发明属于主动式静电消除领域，尤其涉及一种用于改善静电消除装置设计结构和减小所占空间体积的方法。


背景技术：

2.静电消除装置已越来越广泛的被应用于电子、光电、半导体工业领域中，它们被安装在自动化流水线及操作工作台上。
3.而随着电子制造技术的发展，静电消除装置被安装在制造设备内部的情况越来越显著。
4.由于制造设备内部有限的安装空间，对静电消除装置的整体结构尺寸的小型化，亦提出了较高的要求。
5.在主动式静电消除装置中，均要涉及到高压倍压电路(简称高压电路)。
6.在传统的高压倍压电路中，分别设置有一路正高压电路和一路负高压电路，每一路正、负高压电路中，均设置有一个高频电子变压器(简称变压器)，两个高频电子变压器之间是采用同名端接地的接地模式，使得其中一个变压器的输出引脚焊盘和其印刷电路导线(简称印刷线)，与另一个变压器的输出引脚焊盘和其印刷线之间存在较大的电压差；这个电压差根据变压器的设计不同，通常在几百伏到几千伏之间。
7.参考《gb/t 4588.3-2002印制板的设计和使用》标准中对绝缘电阻和耐压性能的规定，和《gb/t 16935.1-2008低压系统内设备的绝缘配合第1部分：原理、要求和试验》对印刷线路板爬电距离的规定，无论从标准还是设计经验的角度而言，在进行高压倍压电路的印刷线路板布局设计(简称变压器布局设计)时，都必须考虑到前述两个焊盘及其印刷线彼此之间的绝缘距离。
8.当上述的绝缘距离设置较近时，会因为变压器两引脚之间存在较大的电压差而产生火花放电；所以在以往高压倍压电路印刷线路板上变压器布局的设计中，会将两个变压器放置在印刷线路板上两个相隔较远的位置，以增大两个变压器之间的距离，并通过绝缘材质进行单独密封、隔离。
9.此外，高频电子变压器有其最佳的驱动频率，使其处于最稳定、最高效的工作状态。在传统的高频电子变压器驱动电路中，通常采用自激振荡产生一个固定频率的方式来对变压器进行驱动；而驱动频率的高低会影响变压器的转换效率，进而影响其带载能力；当驱动频率较低时，变压器的转换效率较低，使得经过相同的倍压后，放电极的电压输出较低，消电能力较弱。
10.综上，现有技术方案存在如下技术缺陷：
11.1)现有技术正、负高压电路中的2个变压器绝缘距离较远，使得高压电路部分印刷电路板所占的空间较大，不利于高压电路的小型化(或微型化)。
12.2)当变压器驱动频率较低时，只能更换驱动电路，或增加倍压电路，以保证消电能力；这样，会导致选型布线繁琐，高压电路印刷电路板的尺寸变大。
13.3)而当变压器最佳驱动频率本身较低时，只能更换高频电子变压器，或增加倍压电路，以保证消电能力；这样，也会导致选型布线繁琐，高压电路印刷电路板的尺寸变大。
14.4)现有变压器自激振荡驱动电路只能针对单一固定频率的变压器使用，而不能够去适配市场上各种工作频率不同的高频电子变压器，因此可供选择变压器的范围较小，使得高压倍压电路整体所占空间能够减小的空间范围受到限制。
15.如何减小印刷线路板上正、负高压电路中高压倍压电路部分所占的空间，是减小主动式静电消除装置体积和所占空间的一个比较关键的问题。


技术实现要素：

16.本发明所要解决的技术问题是提供一种有助于静电消除装置小型化的方法。其通过消除或减少正、负高压电路高频电子变压器相邻引脚之间的电压差，来消除或减少正、负高压电路高频电子变压器相邻引脚之间的空间绝缘距离；能够在印刷线路板上将两个高频电子变压器进行更紧凑的布局，减小正、负高压电路印刷线路板的面积和所占空间，以实现正、负高压电路和整体机器所占空间的小型化。
17.本发明的技术方案是：提供一种有助于静电消除装置小型化的方法，其特征是：
18.对静电消除装置的正、负高压电路及其印刷线路板上两个高频电子变压器的平面位置布局进行改进，所述的改进包括：
19.对正、负高压电路中的两个高频电子变压器相邻引脚之间，采用非同名端接地的连接模式，来消除或减少两个高频电子变压器相邻引脚之间的电压差；
20.将正、负高压电路中的两个高频电子变压器并排设置；
21.在印刷线路板上，正高压电路中高频电子变压器t1输出端第一引脚的焊盘与负高压电路中高频电子变压器t2输出端第二引脚的焊盘之间电联接，并同时与接地端相通；
22.正、负高压电路中高频电子变压器的驱动电路采用单片机pwm直接驱动的方式，pwm驱动频率通过单片机编程进行调节，以提高高频电子变压器的转化效率。
23.具体的，所述的正、负高压电路中高频电子变压器相邻引脚之间采用非同名端接地，包括将负高压电路高频电子变压器输出的同名端与正高压电路高频电子变压器输出的非同名端相连，并同时接到参考地。
24.进一步的，所述的非同名端接地的连接模式，通过采用消除或减少两个高频电子变压器相邻引脚之间电压差的方式，来消除或减少两个高频电子变压器相邻引脚之间的绝缘距离，缩小正、负高压电路及其印刷线路板的尺寸和体积，进而达到缩小静电消除装置整体结构尺寸，实现静电消除装置的小型化。
25.具体的，所述正、负高压电路中的两个高频电子变压器，采用并排放置在印刷线路板上的布局模式，以减少两个高频电子变压器的整体占用空间，以助于静电消除装置的小型化。
26.进一步的，所述的正、负高压电路中高频电子变压器的驱动电路，采用单片机pwm直接驱动高频电子变压器工作，以方便找出最佳的驱动频率，以使高频电子变压器的转换效率及性能达到最佳状态，减少倍压电路的倍压节数。
27.进一步的，所述减少倍压电路的倍压节数，能够减少正、负高压电路印刷线路板的面积，便于静电消除装置的小型化。
28.更进一步的，通过提高所述高频电子变压器的转换效率及性能，能够减少倍压电路的倍压节数，只需对倍压电路输出进行较少的倍压，即可使放电极得到较高的输出电压，满足消电性能要求。
29.与现有技术比较，本发明的优点是：
30.1.本发明的技术方案，在正负高压电路高频电子变压器相邻引脚之间采用非同名端接地设置，因此不必考虑两者之间的电绝缘问题，可使正负高压电路印刷线路板的设计更便捷、布局更紧凑，利于实现静电消除装置机器整体的小型化。
31.2.由于采用单片机pwm直接驱动电路，可以适配市场上所有型号的高频电子变压器，这在很大程度上增加了电路的灵活性，便于提升变压器的转化效率和减少倍压电路的倍压节数。
附图说明
32.图1是现有高压电路的原理线路图；
33.图2是本发明高压电路的原理线路图；
34.图3是本发明高压电路印刷线路板布局示意图；
35.图4是现有自激振荡高压驱动电路的原理线路图；
36.图5是本发明高压驱动电路的原理图线路。
37.图中，t1为正高压电路的高频电子变压器，t2为负高压电路的高频电子变压器。
具体实施方式
38.下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
39.电子变压器是在电子电路和电子设备中使用的变压器，高频电子变压器的工作频率通常高于20khz。
40.市售电子变压器产品(简称电子变压器)的输入端或输出端管脚(亦称引脚)的位置是固定的，为了便于设置和固定在印刷线路板上，电子变压器产品的输入端或输出端通常采用双列直插式封装模式。
41.如此，如果两个电子变压器t1和t2并排设置在印刷电路板上，则第一个电子变压器t1第一输出端的引脚(或称为输出端第一引脚)，会与第二个电子变压器t2的第二输出端的引脚(或称为输出端第二引脚)相邻，这对于常规的音频放大电路不会有什么太大的影响，因其变压器输出电压频率较低，电压幅值较低。
42.但是在主动式静电消除装置中，正、负高压电路的高频电子变压器t1、t2，是分别属于正高压电路和负高压电路的，通常正高压电路中高频电子变压器t1的第一输出端引脚进行接地设置，负高压电路中高频电子变压器t2的第二输出端引脚输出高频交流高电压(一般输出频率在30-100khz，电压幅值在2000-5000v)，此时若第一个电子变压器t1第一输出端的引脚，与第二个电子变压器t2的第二输出端的引脚之间的间隔距离小于绝缘距离，则电子变压器t1第一输出端的引脚与第二个电子变压器t2的第二输出端的引脚之间，必然会出现火花放电，损伤变压器，进而导致正、负高压电路的损坏，影响主动式静电消除装置的正常运行，这也是影响主动式静电消除装置所占空间体积缩小的原因。
43.本发明的技术方案，主要采取了如下措施，以助于正、负高压电路和整体机器的小
型化：
44.使负高压电路高频电子变压器输出同名端与正高压电路高频电子变压器输出非同名端相连，并同时接到参考地，如此两个变压器相邻引脚之间没有电压差，解决了变压器输出引脚之间因为相邻太近而产生火花放电/爬电的问题；其本质上就是用消除或减少电压差的方法消除或减少绝缘距离；也因此可以将两个变压器进行更紧凑的布局，以实现高压电路和整体机器的小型化。
45.上述高频电子变压器的驱动采用了单片机pwm直接驱动的方式，pwm驱动频率可通过单片机编程进行自由调节，且具有很宽的调节范围；这样就可选择自身最佳驱动频率较高的高频电子变压器，使高频电子变压器具有较高的转化效率，如此只需对其输出进行较少的倍压，即可使消电装置的放电极得到较高的输出电压，满足消电性能要求。
46.具体的，本发明的技术方案，通过采取下列措施和方法，来实现静电消除装置的小型化：
47.1.参照图1所示，现有技术的正、负高压电路的高频电子变压器t1、t2的第一输出端7均作为接地端，第二输出端8均作为高压输出端，两个高频电子变压器t1、t2之间彼此为同名端输出设置。
48.2.参照图2所示，本技术方案中，正高压电路的高频电子变压器t1的第一输出端7作为接地端，第二输出端8作为高压输出端；负高压电路的高频电子变压器t2的第一输出端7作为高压端，第二输出端8作为接地端，两个高频电子变压器t1、t2之间彼此为异名端输出设置。
49.3.本技术方案正、负高压电路的印刷线路板布局示意图如图3所示，图中正高压电路的高频电子变压器t1和负高压电路的高频电子变压器t2并排放置在印刷线路板上，正高压电路的高频电子变压器t1的第一输出端7与二极管d2的焊盘和负高压电路的高频电子变压器t2的第二输出端8与二极管d7的焊盘均为接地端，不会引起火花放电，如此可以将两个变压器进行更紧凑的布局，而只需对倍压电路部分进行电绝缘隔离。
50.4.结合图2和图3中所示可知，从整个电路结构来看，正高压电路中正电压最高点为二极管d4与限流电阻r10的连接处，负高压电路中负电压最高点为二极管d8与限流电阻r4的连接处；只要在进行印刷电路板的布局时，加大二极管d4与限流电阻r10连接处的焊盘与二极管d8与限流电阻r4的焊盘之间的距离，即可增大正、负高压电路的绝缘距离；如图3中所示，本技术方案在进行印刷电路板的布局时，前述两个焊盘均被便捷的设置在线路板上彼此相互远离的一边，以保证正、负高压电路的绝缘距离。
51.5.如果现有技术的正、负高压电路印刷线路也采用图3所示的并排放置模式时，由于正高压电路的高频电子变压器t1的第一接地输出端7，和与之相邻的负高压电路的高频电子变压器t2的第二高压输出端8之间的电绝缘距离较近，则易在彼此引脚间出现火花放电，损伤变压器。
52.6.图4所示为现有技术的高压驱动电路原理图，其采用自激振荡电路，当元器件及其参数一定，会产生一固定驱动频率，无法对高频电子变压器工作频率进行调节。
53.7.图5所示为本技术方案中的高压驱动电路原理图，其采用单片机pwm直接驱动高频电子变压器工作。驱动频率可通过单片机程序进行调节，以方便找出最佳的驱动频率，以使变压器的转换效率及性能达到最佳状态，减少倍压电路的倍压节数，有利于减少正、负高
压电路印刷线路板的面积，便于静电消除装置的小型化。
54.由于单片机pwm技术为现有技术和市售产品，故其具体元器件构成和相互之间的连接关系在此不再叙述。
55.本发明的技术方案，通过消除或减少正、负高压电路高频电子变压器相邻引脚之间的电压差，能够在印刷线路板上将两个高频电子变压器进行更紧凑的布局，有助于实现正、负高压电路和整体机器所占空间的小型化。
56.本发明可广泛用于主动式静电消除装置的设计和制造领域。