摘 要：在易燃易爆的場所使用掌上電腦時，要求其具有防爆性能。介紹了一款掌上電腦，綜合應(yīng)用厚膜電子技術(shù)和本安防爆技術(shù)，研制了具有大功率、小體積的專用厚膜電阻，解決了掌上電腦的防爆難題，確保其在特殊場所的使用安全，極大地提高了工作效率。

關(guān)鍵詞：防爆技術(shù)；掌上電腦；厚膜電阻；限流電阻

中圖分類號：TP368.33 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1004373X(2008)1405902

Design of the ExplosionProof PDA

YUE Bin，ZHANG Xiaozhong，YU Xiangming

(ROL Research Institute of Air Force，Beijing，100076，China)

Abstract：PDA is required to be explosionproof when it is used in easy exploding workplace.This paper introduces a type of PDA，which has comprehensively adopted thick application of electronic technology and explosionproof technology.Specific thick film resistor with highpower and small size has been developed，and explosionproof problem of PDA has been solved to ensure the safe use in special places.

Keywords：explosionproof;PDA;thick film resistor;current limit resistance

掌上電腦(Personal Digital Assistant)最初是用于PIM（Personal Information Management，個人信息管理），替代紙筆，幫助人們進(jìn)行一些日常管理，主要為日程安排、通訊錄、任務(wù)安排、便箋。目前掌上電腦已融合計(jì)算、通信、網(wǎng)絡(luò)、存儲、娛樂、電子商務(wù)等功能，成為人們移動生活中不可缺少的信息工具。已經(jīng)廣泛應(yīng)用于民用、軍用領(lǐng)域。但在一些特殊的應(yīng)用場所，如加油站、油庫、碼頭、天然氣站等，因?yàn)橛土稀⑷細(xì)獾鹊囊兹家妆?，使用掌上電腦時，就需要進(jìn)行必要的防爆處理。本文結(jié)合一款通用的32位CPU闡述防爆掌上電腦的構(gòu)成和實(shí)現(xiàn)方法。

1 防爆型掌上電腦總體設(shè)計(jì)

防爆掌上電腦主要由CPU，RAM，F(xiàn)LASH，LCD、觸摸屏、串行數(shù)據(jù)通信窗口、數(shù)據(jù)同步電纜、無線接收裝置、輔助按鈕等部分組成，其基本構(gòu)成結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。本文的掌上電腦一些指標(biāo)如下：防爆掌上電腦是在一般的掌上電腦基礎(chǔ)上，依據(jù)有關(guān)防爆規(guī)定，進(jìn)行一些防爆處理后而形成的。

2 防爆設(shè)計(jì)

2.1 總體防爆設(shè)計(jì)

防爆設(shè)備一般有隔爆、本質(zhì)安全、增安等多種防爆機(jī)理。對于便攜式設(shè)備由于受到體積和重量的限制，一般設(shè)計(jì)為本質(zhì)安全型防爆結(jié)構(gòu)。本質(zhì)安全電路是在任何可能故障條件下所產(chǎn)生的電火花或熱效應(yīng)均不能點(diǎn)燃規(guī)定的爆炸性氣體環(huán)境的電路。本質(zhì)安全設(shè)備是指其內(nèi)部所有電路均為本質(zhì)安全電路。

依據(jù) GB3836.12000《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 第1部分：通用要求》和 GB3836.42000《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 第4部分：本質(zhì)安全型“i” 》的標(biāo)準(zhǔn)要求，掌上電腦在防爆設(shè)計(jì)中主要考慮的因素有：元器件的選擇、線間的爬電距離和電感、電容和電池等儲能元器件。在電路設(shè)計(jì)時，元器件的選擇、線間的爬電距離、電感、電容的限能已做了綜合考慮。防爆設(shè)計(jì)中重點(diǎn)解決的難題是電池的本安處理。

由于掌上電腦要求功耗大、使用時間長、體積小，所以這里選擇聚合物鋰離子電池（2 000 mAh，最大電壓4.2 V，工作電流300 mA）。此電池的好處是具有可薄形化、任意面積化與任意形狀化、安全性高、容量大等優(yōu)點(diǎn)。

對防爆設(shè)計(jì)來說，電池主要在于解決電路板電路中內(nèi)阻小、短路放電電流過大的難題，本安電池需要在故障冗余狀態(tài)下能滿足本質(zhì)安全防爆電路要求。一般處理通過限流電阻和雙層保護(hù)電路來實(shí)現(xiàn)。但是，雙層保護(hù)電路處理方法因要求元件功率大，所以造成元器件體積大，不適合本掌上電腦應(yīng)用。因此，只有通過限流電阻處理來實(shí)現(xiàn)防爆設(shè)計(jì)比較合適。在限流電阻的選擇中，電阻在正常工作和規(guī)定故障條件下，不得超過電阻按照條件和溫度范圍規(guī)定的最大電流、電壓和功率額定值的2/3的情況下工作；在正常工作時和規(guī)定故障條件下，承受可能出現(xiàn)的不小于1.5倍最高電壓或不小于1.5倍最大功率。下面對電阻進(jìn)行選擇計(jì)算：P=I.2R（1）

P=U.2/R（2） 由于限流電阻始終是串聯(lián)在電路中，在正常工作時有一定的壓降產(chǎn)生，其阻值的大小直接會影響電池容量的有效利用。通過試用驗(yàn)證選擇電阻R值為1 Ω合適。在正常工作時，工作電流為300 mA，由式（1）可得，電阻消耗功率為0.09 W；當(dāng)出現(xiàn)極端故障時，即電池外端直接短路，電池電壓直接加載到線路電阻上，考慮到最高電池電壓為4.2 V，由式（2）可得，電阻消耗功率為17.64 W，其1.5倍功率為26.46 W。根據(jù)防爆設(shè)計(jì)對限流電阻的要求，所選電阻的額定功率應(yīng)大于26.46 W，這樣選擇電阻功率為30 W，滿足其正常工作要求。

2.2 本安防爆厚膜電阻研制

為了解決大功率、小體積電阻問題，這里調(diào)研了國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)資料，也走訪了一些電阻生產(chǎn)廠家，均沒有適合于應(yīng)用的產(chǎn)品。在調(diào)研過程中，發(fā)現(xiàn)厚膜電子元件具有功率大、體積小的特點(diǎn)，特別是薄片狀特別適合本安電池的封裝。為此，在國內(nèi)專業(yè)生產(chǎn)厚膜電子元件廠家，設(shè)計(jì)并生產(chǎn)了適合應(yīng)用的專業(yè)厚膜電阻。

厚膜電阻器是利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)將配制的電阻漿料網(wǎng)印、燒結(jié)到陶瓷基片上形成的具有一定厚度的膜式電阻器。設(shè)計(jì)的厚膜電阻由基片、電極、漿料等組成，其設(shè)計(jì)如圖2所示。

電阻器的性能主要由電阻的漿料的性能決定。目前，電阻漿料主要有杜邦1700系列、2100系列和7400系列漿料。這里選擇杜邦公司的2110電阻漿料，其可滿足溫度系數(shù)要求比較高的電路，穩(wěn)定性好，具有良好的抗ESD性能。其方阻RS為10 Ω/□。R=RS×L/W（3）設(shè)：L＝0.8 cm，R=1 Ω；則：W=8 cm

L＝0.8 cm;W=8 cm滿足電池的容納空間要求。P＝P_d×LW（4）其中P_d為厚膜電阻材料的功率密度，一般選擇8～15 W/cm.2，為了確保電阻功率要求，選擇P_d為5 W/cm.2，則功率P為32 W，滿足所要設(shè)計(jì)厚膜電阻要求。在專業(yè)厚膜電阻廠家生產(chǎn)，最終的外形如圖3所示。

2.3 充電保護(hù)電路設(shè)計(jì)

采用雙二極管進(jìn)行充電電路保護(hù)，防止反向充電。

電池保護(hù)電路，由一塊電源管理芯片MM3077FN和附屬電路構(gòu)成，能夠在電池出現(xiàn)過充、過放、短路打火、反向充電的極端情況時及時切斷電路，保護(hù)電池和用電設(shè)備。如圖4所示。

（1） 在限定的工作環(huán)境內(nèi)，正常工作時，不會出現(xiàn)漏液、過熱與燃燒爆炸等破壞性情況。

（2） 在使用過程中，出現(xiàn)跌落、撞擊等意外情況，也不會產(chǎn)生漏液、過熱與燃燒爆炸等破壞性情況。

（3） 在極端條件下，對于過充、過放、短路放電、反向充電等極端情況下，也不會出現(xiàn)漏液、過熱與燃燒爆炸等破壞性情況。

2.4 電池和保護(hù)電路封裝設(shè)計(jì)

將聚合物鋰離子電池和保護(hù)電路通過環(huán)氧樹脂進(jìn)行可靠的封裝，在使用過程中，出現(xiàn)跌落、撞擊等意外情況，不會產(chǎn)生漏液、過熱與燃燒爆炸等破壞性情況（見圖5）。

3 結(jié) 語

經(jīng)試驗(yàn)論證，經(jīng)過防爆處理后的掌上電腦，滿足易燃易爆的場所使用要求，防爆標(biāo)志是：ExibⅡBT3。

隨著科技的不斷發(fā)展，防爆型掌上電腦有著廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景。將其用于特殊的易燃易爆場所，可以確保使用安全，大大提高業(yè)務(wù)管理水平和工作效率。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］Intel XScale Micro architecture\\.http://www.developer.intel.com.

［2］GB3836.12000.爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備.第1部分：通用要求\\.2000.

［3］GB3836.42000.爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備\\.第4部分：本質(zhì)安全型“i”.2000.

［4］王森.全面解讀PDA\\.北京：清華大學(xué)出版社，2002.

［5］祝永堅(jiān)，陳錢.掌上電腦集成GPRS功能和RFIC模塊的設(shè)計(jì)\\.現(xiàn)代電子技術(shù)，2005，28(9):106108.

［6］袁霏.掌上電腦原型樣機(jī)硬件系統(tǒng)開發(fā)\\.西安：西北工業(yè)大學(xué)，2005.

［7］陸海波.智能型掌上電腦（PDA）的研究與開發(fā)\\.電子科技大學(xué)，2001.

作者簡介 岳 彬 男， 1980年出生，江蘇徐州人，碩士，畢業(yè)于徐州空軍學(xué)院。研究方向?yàn)橛土蟽\(yùn)自動化、電子設(shè)計(jì)自動化。

張曉鐘 男，1962年出生，河北廊坊人，博士，畢業(yè)于北京理工大學(xué)。研究方向?yàn)橛土蟽\(yùn)自動化、電子設(shè)計(jì)自動化。