一种输电线路无线测温传感器PCB处理装置的制作方法

一种输电线路无线测温传感器pcb处理装置
技术领域
1.本实用新型涉及输电监测技术领域，具体为一种输电线路无线测温传感器pcb处理装置。


背景技术：

2.随着国民经济的高速发展，各行各业对电力的需求量越来越大，对供电部门提供电力供应的质量要求也越来越高，因此远距离高压输电线路的电网运行的安全性显得尤为重要，无线测温在线监测传感器通过分布式安装在输电线路各监测点，利用微功率无线通信技术，将数据上传至数据基站，实时监测输电线路各个监测点的温度大小及变化情况，感知输电线路运行工况，预知各类接合处的松动、老化等风险。
3.为保证测温传感器的准确性和实时性，需要将输电线缆结合处铜排直接通过铜柱将热量导入到传感器内部测温ic的测量点，测温ic的测量点在芯片的gnd管脚，基于运行可靠性及电磁兼容要求，无线测温传感器与输电线路需要进行等电位设计，所以传感器内部需要进行共地设计，即测温ic的gnd与通讯mcu的gnd需要等电位，当线路发生短路故障时，输电线缆温度可高达150℃，专业的测温ic结温满足150℃的要求，但是通讯mcu的结温只能做到125℃，且通讯mcu的主要导热路径也是从gnd管脚导入，与测温ic的导热同渠道，按照一般的设计方案，pcb板子上所有同net的gnd会处理到一起，且会整个板子都进行铺地处理，这样热量就会有很大一部分直接导流到通讯mcu，使用时存在过热烧毁风险。
4.因此，针对上述问题提出一种输电线路无线测温传感器pcb处理装置。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种输电线路无线测温传感器pcb处理装置，以解决上述背景技术中提出现有pcb板子上所有同net的gnd会处理到一起，且会整个板子都进行铺地处理，这样热量就会有很大一部分直接导流到通讯mcu，使用时存在过热烧毁风险的问题。
6.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种输电线路无线测温传感器pcb处理装置，包括传感器，所述传感器包括导热铜柱、测温ic-gnd1导热点、bottom层gnd1长走线、过孔、top层gnd2长走线和通讯mcu-gnd2；
7.所述导热铜柱连接传感器内外；
8.所述测温ic-gnd1导热点位于传感器内部pcb的bottom层；
9.所述通讯mcu-gnd2位于传感器内部pcb的top层；
10.所述传感器内的bottom层gnd1长走线及top层gnd2长走线均设有开窗。
11.通过采用上述技术方案，原理上输电线路一次铜排的热量需要以最小损失传递到传感器内部测温ic处，以保证温度采样精度不失真，同时热量需要尽量不要传到的通讯mcu处，以确保当输电线路一次部分出现短路时，通讯mcu结温也控制到额定值之下保证其安全运。
12.进一步地，所述导热铜一端紧贴输电线缆铜排，另一端紧贴传感器内部圆形测热点u2。
13.通过采用上述技术方案，传感器外部导热铜柱是将输电线缆铜排的热量全部传输到传感器内部测热点u2，如图2所示，以保证热量不损失满足测量精度要求。
14.进一步地，所述测温ic-gnd1导热点将导热铜柱的热量传递至测温ic的end管脚处。
15.通过采用上述技术方案，如图2所示，由于end管脚靠近圆形侧热点u2同时通过ic-gnd1导热热量，因此尽可能将导热铜柱的热量全部传输到测温ic u1内部，保证温度测量精度。
16.进一步地，所述bottom层gnd1长走线为蛇形走线延长，且蛇形走线至过孔t1处，所述bottom层gnd1与top层gnd2通过过孔连接，bottom层与top层位于传感器内上下两层。
17.通过采用上述技术方案，将bottom层gnd1走线开窗以确保走线上的热量传递到周围，如图2所示，同时bottom层gnd的信号与top层gnd的信号通过过孔t1连接，增加了对bottom层的热阻。
18.进一步地，所述top层中电线与传感器内部的通讯mcu的u3连接。
19.通过采用上述技术方案，如图2所示，top层gnd2长走线按照蛇形走线可以增加距离，同时进行开窗处理以确保走线上的热量传递到周围。
20.进一步地，所述pcb材质采用fr4材质，板厚2mm增加测温ic与通讯mcu之间的热阻，提高可靠性。
21.通过采用上述技术方案，采用fr4材质且板厚为2mm可以有效增加测温ic与通讯mcu之间的热阻，提高可靠性，导热铜柱和测温ic位于bottom层，通讯mcu位于top层，保证除了gnd路径的走线外，热量只能通过绝缘fr4材质传到，增大通讯mcu与测温铜柱之间的热阻。
22.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
23.1、该输电线路无线测温传感器装置pcb，测温ic的gnd和通讯mcu的gnd之间继续保持电气连接，增大二者之间的热阻，让线路上热量最小损耗传导到测温ic，同时有以较大的损耗传导到通讯mcu，既保证了测温的准确性，同时又增加了通讯mcu的高温下的可靠性；
24.2、该输电线路无线测温传感器装置pcb，通过拆分、穿层、拉长gnd走线，增加测温ic与通讯mcu之间的热阻，保证热量尽可能传导到测温ic，又尽量限制热量传导热通讯mcu，保护通讯mcu安全。
附图说明
25.图1为本实用新型的热传导路径示意图；
26.图2为本实用新型的传感器电路示意图；
27.图3为本实用新型的系统电源电池供电电路示意图；
28.图4为本实用新型的天线部分电路示意图；
29.图5为本实用新型的晶体部分电路示意图；
30.图6为本实用新型的测温sensor部分电路示意图；
31.图7为本实用新型的电容靠近u1相关管脚电路示意图；
32.图8为本实用新型的传感器pcb装置电路示意图。
具体实施方式
33.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
34.如图1-8所示：包括传感器，传感器包括导热铜柱、测温ic-gnd1导热点、bottom层gnd1长走线、过孔、top层gnd2长走线和通讯mcu-gnd2；
35.导热铜柱连接传感器内外；
36.测温ic-gnd1导热点位于传感器内部pcb的bottom层；
37.通讯mcu-gnd2位于传感器内部pcb的top层；
38.传感器内的bottom层gnd1长走线及top层gnd2长走线均设有开窗；
39.原理上输电线路一次铜排的热量需要以最小损失传递到传感器内部测温ic处，以保证温度采样精度不失真，同时热量需要尽量不要传到的通讯mcu处，以确保当输电线路一次部分出现短路时，通讯mcu结温也控制到额定值之下保证其安全运。
40.导热铜一端紧贴输电线缆铜排，另一端紧贴传感器内部圆形测热点u2；
41.传感器外部导热铜柱是将输电线缆铜排的热量全部传输到传感器内部测热点u2，如图2所示，以保证热量不损失满足测量精度要求。
42.测温ic-gnd1导热点将导热铜柱的热量传递至测温ic的end管脚处，end管脚设置于靠近圆形测热点u2处；
43.如图2所示，由于end管脚靠近圆形侧热点u2同时通过ic-gnd1导热热量，因此尽可能将导热铜柱的热量全部传输到测温ic u1内部，保证温度测量精度。
44.bottom层gnd1长走线为蛇形走线延长，且蛇形走线至过孔t1处，bottom层gnd的信号与top层gnd的信号通过过孔t1连接，bottom层与top层位于传感器内上下两层；
45.top层中电线与传感器内部的通讯的mcu的u3连接；
46.如图2所示，top层gnd2长走线按照蛇形走线可以增加距离，同时进行开窗处理以确保走线上的热量传递到周围。
47.传感器的pcb材质采用fr4材质，板厚2mm增加测温ic与通讯mcu之间的热阻，提高可靠性。
48.采用fr4材质，板厚2mm，导热铜柱和测温ic位于bottom层，通讯mcu位于top层，保证除了gnd路径的走线外，热量只能通过绝缘fr4材质传到，增大通讯mcu与测温铜柱之间的热阻。
49.实施方式具体为：当输电线路一次侧发生短路故障时，线缆铜排温度达到150℃，此时忽略掉导热铜柱的热损耗，u2的温度也是150℃，l1部分走线宽度为0.254mm，长度为30mm，1oz板子铜厚为35um，l1走线横截面面积为0.009mm2，l2截面积也是0.009mm2，l2长度为60mm，过孔热阻和空气散热效率按照20％预估，忽略掉gnd走线上电流的热效应，pcb走线上铜的热导率为397w/m.k，通过热仿真软件icepak仿真到的，mcu-gnd2处的温度为110℃，满足理论要求，通过搭建实验环境测试，在所述外部导热铜柱处施加150℃，通过传感器内
部mcu的内置温敏寄存器读数，结温稳定在100℃左右，此方案可保证当输电线路出现短路时，内部通讯mcu不会因为过温而损坏。
50.对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

技术特征：
1.一种输电线路无线测温传感器pcb处理装置，包括传感器和pcb，其特征在于：所述传感器包括导热铜柱、测温ic-gnd1导热点、bottom层gnd1长走线、过孔、top层gnd2长走线和通讯mcu-gnd2；所述导热铜柱连接传感器内外；所述测温ic-gnd1导热点位于传感器内部pcb的bottom层；所述通讯mcu-gnd2位于传感器内部pcb的top层；所述传感器内的bottom层gnd1长走线及top层gnd2长走线均设有开窗。2.根据权利要求1所述的一种输电线路无线测温传感器pcb处理装置，其特征在于：所述导热铜柱一端紧贴输电线缆铜排，另一端紧贴传感器内部圆形测热点u2。3.根据权利要求1所述的一种输电线路无线测温传感器pcb处理装置，其特征在于：所述测温ic-gnd1导热点将导热铜柱的热量传递至测温ic的end管脚处。4.根据权利要求1所述的一种输电线路无线测温传感器pcb处理装置，其特征在于：所述bottom层gnd1长走线为蛇形走线延长，且蛇形走线至过孔处，所述bottom层gnd1与top层gnd2通过过孔连接，bottom层与top层位于传感器内上下两层。5.根据权利要求1所述的一种输电线路无线测温传感器pcb处理装置，其特征在于：所述top层中电线与传感器内部的通讯mcu的u3连接。6.根据权利要求1所述的一种输电线路无线测温传感器pcb处理装置，其特征在于：所述pcb材质采用fr4材质，板厚2mm增加测温ic与通讯mcu之间的热阻，提高可靠性。

技术总结
本实用新型公开了一种输电线路无线测温传感器PCB处理装置，涉及输电监测技术领域。传感器包括导热铜柱、测温IC-GND1导热点、Bottom层GND1长走线、过孔、Top层GND2长走线和通讯MCU-GND2；导热铜柱连接传感器内外；测温IC-GND1导热点位于传感器内部PCB的BOTTOM层；通讯MCU-GND2位于传感器内部PCB的TOP层；传感器内的Bottom层GND1长走线及Top层GND2长走线均设有开窗；该输电线路无线测温传感器PCB处理装置，测温IC的GND和通讯MCU的GND之间继续保持电气连接，增大二者之间的热阻，让线路上热量最小损耗传导到测温IC，同时有以较大的损耗传导到通讯MCU，既保证了测温的准确性，同时又增加了通讯MCU的高温下的可靠性。增加了通讯MCU的高温下的可靠性。增加了通讯MCU的高温下的可靠性。


技术研发人员：马鹏 高蒙蒙 赵庆凯 肖石连 卢海生 沈娜 高云超
受保护的技术使用者：江苏翰林正川工程技术有限公司
技术研发日：2022.10.24
技术公布日：2023/7/20