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Motorsteuerungsplatine

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Motorsteuerungsplatine: Der ultimative FAQ-Leitfaden

Motor-Control-PCB-The-Ultimate-FAQs-Guide

Motorsteuerungsplatinen sind aus unserem täglichen Leben nicht mehr wegzudenken. Diese Art von Leiterplatte spielt eine wichtige Rolle beim Betrieb einer Vielzahl von Geräten, auf die wir täglich angewiesen sind.

Jedes Antriebssystem, darunter Elektroautos, Flugzeuge, Kraftstoffpumpen und andere, ist praktisch auf die Motorsteuerungsplatine angewiesen, um effizient zu funktionieren.

Dieser Leitfaden beantwortet einige der wichtigen Fragen, die Sie möglicherweise an der Motorsteuerungsplatine haben.

Tauchen wir gleich ein.

Können Sie die Motorsteuerungsplatine in allen Arten von Motorsteuerungen verwenden?

Eine Motorsteuerungsplatine ist das Herzstück jedes Motorsteuerungsgeräts. Es hilft bei der Regulierung der Motorgeschwindigkeit, des Drehmoments und der Geräteleistung.

Es gibt vier Haupttypen von Motorsteuerungen, die eine Motorsteuerungsplatine enthalten müssen:

  • AC-Motorsteuerungen

AC-Motorsteuerungen, auch als Frequenzumrichter, Frequenzumrichter oder AC-Wechselrichter bekannt, verändern die Eingangsspannung der Motoren. Dies erreichen Sie, indem Sie die Frequenz der in den Motor eingespeisten Energie ändern und so Drehmoment und Drehzahl regulieren.

  • Gleichstrommotorsteuerung

DC-Motorsteuerungen ändern, ähnlich wie AC-Motorsteuerungen, auch die Eingangsleistung. Sie wandeln den Eingangsstrom in einen Gleichstromausgang um und regeln die Drehzahl und das Drehmoment des Motors effizient.

  • Servomotor-Controller

Eine Servomotorsteuerung ändert die Eingangsleistung durch Regelung der Stromquelle auf den erforderlichen Strom-, Impuls- oder Frequenzausgang. Diese Motorsteuerungen eignen sich perfekt für bestimmte Anwendungen.

Servomotorsteuerungen eignen sich ideal für den Einsatz in Bewegungssteuerungsanwendungen, insbesondere im Bau- und Fertigungsbereich. Sie steuern Motorgeschwindigkeiten, Drehmomente und Positionen.

  • Schrittmotorsteuerungen

Abbildung 1 Schrittmotor-Controller-PCB

Schrittmotor-Controller-Platine

Dieser Motorsteuerungstyp, auch Motorindexer genannt, regelt die Eingangsleistung durch Anpassung der Stromquelle an den gestuften Stromausgang. Schrittmotorsteuerungen eignen sich auch perfekt für die Bau- und Fertigungsindustrie.

Ähnlich wie andere Arten von Motorsteuerungen regeln Schrittmotorsteuerungen die Geschwindigkeit, das Drehmoment und die Position des Motors.

Welches sind die Hauptkomponenten der Motorsteuerungsplatine?

Im Allgemeinen eine umrichterbasierte Motorsteuerung PCB Das System besteht aus:

  • Digitaler Teil (Mikrocontroller)
  • Steuerteil (IC-Gate-Treiber)
  • Komparator zum Schutz
  • Operationsverstärker zum Erfassen von Strom und anderen Temperatur- und Stromstärken sowie Sensoren
  • Leistungsstufe (auf MOSFET- und IGBT-Geräten etabliert)
  • Niederspannungsnetzteil
  • Einige Spannungsregler.

Abbildung 2 Blockdiagramm der Komponenten der Motorsteuerungsplatine

Blockdiagramm der Komponenten der Motorsteuerungsplatine

Was ist das Funktionsprinzip der DC-Motor-Controller-PCB?

Es gibt drei Hauptprinzipien, nach denen Motorsteuerungs-PCB-Geräte funktionieren:

H-Brückenschaltung (Richtungsregler)

H-Brückenschaltung, das über vier paarweise geregelte Schalter verfügt, ist der einfachste Mechanismus zur Steuerung eines Gleichstrommotors.

Wenn der Stromkreis einen der Schaltersätze schließt, schließen sie den Stromkreis sofort und treiben schließlich den Motor an. Die Motorsteuerungsplatine mit H-Brücke kann auch die Motorgeschwindigkeit steuern.

Abbildung 3 Platine des H-Brückenmotor-Controllers

H-Brücken-Motorsteuerungsplatine

Pulsweitenmodulationsschaltung (PWM) (Geschwindigkeitsregler)

PWM-Schaltungen Variieren Sie die Motorgeschwindigkeit, indem Sie eine Verringerung oder Erhöhung der Spannungsversorgung simulieren. Die Pulsweitenmodulation ist einfach und kostengünstig zu implementieren, eine Eigenschaft, die eine kontinuierliche Regulierung der Motorgeschwindigkeit ermöglicht.

Hier enthält die Motorsteuerungsplatine Antriebsregler mit variabler Geschwindigkeit, die durch die Weiterleitung zyklischer Impulse an den Motor arbeiten. Diese Impulse bewirken eine Bindungsglättungswirkung durch die Spuleninduktivität.

Variabler Widerstand (Ankerregler)

Dies ist ein weiterer Mechanismus zur Änderung der Drehzahl eines Gleichstrommotors, bei dem Sie den Eingangsstrom entweder über das Feld oder die Ankerspule variieren.

Mit der Änderung des Spulenstroms ändert sich auch die Drehzahl der Abtriebswelle. Variable Widerstände können den Strom ändern, um die Motorgeschwindigkeit zu erhöhen.

Welches sind die gängigen IC-Pakete für Motorsteuerungs-PCBs?

Hier sind die gängigen IC-Pakete, die Sie bei der Herstellung von Motorsteuerungsplatinen verwenden werden:

TSSOP- und QFN-Pakete

TSSOP-Gehäuse haben eine rechteckige Form und verwenden zwei Stiftreihen. Die TSSOP-Gehäuse, die bei der Motorsteuerungs-Leiterplattenmontage zum Einsatz kommen, verfügen häufig über ein massives blankes Pad unter dem Gehäuse. Das freiliegende Pad trägt zur Wärmeableitung aus der Verpackung bei.

Abbildung 4 TSSOP-Paket für Motorsteuerungsplatine

TSSOP-Paket für Motorsteuerungsplatine

Bei QFN-Gehäusen hingegen handelt es sich um bleifreie Gehäuse mit Pads an den Außenkanten des Geräts. Sie verfügen außerdem über ein größeres Pad in der Mitte des Gehäuses, das die Wärmeableitung vom Chip unterstützt.

QFN-Paket

QFN-Paket

Um die Wärme vom QFN-Gehäuse abzuleiten, müssen Sie eine ordnungsgemäß gelötete Verbindung zum blanken Pad herstellen. Oftmals liegt das freiliegende Pad auf Erdpotential, daher können Sie es an die Erdungsebene der Motorsteuerungsplatine anschließen. Grundsätzlich befinden sich thermische Durchkontaktierungen direkt im Pad-Bereich.

Bleihaltige Pakete

Gewöhnliche bedrahtete Gehäuse wie SOT-23- und SOIC-Gehäuse werden normalerweise für PCB-Geräte zur Motorsteuerung mit geringem Stromverbrauch verwendet. Um die Verlustleistung der Pakete zu optimieren, verwenden Sie die „Flip-Chip-on-Lead-Frame“-Struktur.

Bei dieser Konstruktion verbinden Sie den Chip mithilfe von Löt- und Kupferhöckern mit den Metallleitungen, ohne Bonddrähte zu verwenden. Dies erleichtert die Wärmeleitung vom Chip über die Leitungen zur Motorsteuerplatine.

Abbildung 6 Flip-on-Chip-Leadframe-Konstruktion

Flip-on-Chip-Leadframe-Konstruktion

Um die thermische Leistung zu optimieren, bringen Sie breite Kupferflächen an den Leitungen an, die hohen Strom führen. Typischerweise sind die Ausgangs-, Erdungs- und Stromanschlüsse mit Kupferbereichen auf der Leiterplatte des Motorcontrollers verbunden.

Flip-Chip-QFN-Pakete

FCQFN-Pakete ähneln herkömmlichen QFN-Paketen. Anstatt jedoch Drahtbonds für die Verbindung zwischen Chip und Pads zu verwenden, drehen Sie den Chip um und befestigen ihn direkt an den Pads unterhalb des Gehäuses.

FCQFN-Paket

FCQFN-Paket

Sie können die Pads neben den wärmeerzeugenden Leistungselementen auf dem Chip anordnen. Daher werden sie normalerweise als lange Streifen und nicht als kleine Pads platziert.

Die Flip-Chip-QFN-Gehäuse nutzen Kupfer-Bump-Reihen auf der Chipoberfläche, die schließlich am Leadframe befestigt werden.

Flip-Chip-QFN-Konstruktion

Flip-Chip-QFN-Konstruktion

Wie lötet man freiliegende Pads von IC-Gehäusen in Motorsteuerungsplatinen?

QFN- und TSSOP-Gehäuse verfügen über ein großes freiliegendes Pad darunter. Dieses mit der Rückseite des Chips verbundene Pad hilft bei der Wärmeübertragung vom IC-Gehäuse.

Daher ist es wichtig, dass Sie das Pad ordnungsgemäß an die Motorsteuerungsplatine anlöten, um die Wärme effektiv abzuleiten.

Die Öffnung in der Schablone, die zum Auftragen der Lötpaste für das freiliegende Pad verwendet wird, ist im Datenblatt des IC-Gehäuses normalerweise nicht angegeben.

Normalerweise SMT Prozessingenieure wenden ihre eigenen Regeln für die Menge des aufzutragenden Lots und den Mustertyp an, der auf der Schablone verwendet werden soll.

Wenn eine Öffnung mit der gleichen Größe wie das Pad verwendet wird, wird eine große Menge Lotpaste aufgetragen. Dies kann dazu führen, dass sich das Gehäuse aufgrund der Oberflächenspannung beim Schmelzen des Lots anhebt.

Eine weitere Herausforderung ist die Bildung von Lotlücken (Lücken oder Hohlräume innerhalb der Lotbereiche). Lothohlräume treten auf, wenn die flüchtige Flussmittelkomponente während des Prozesses des Lotaufschmelzens verdampft. Dies kann dazu führen, dass Lot aus der Verbindung herausgedrückt wird.

Um diese Probleme zu lösen, erfolgt die Auftragung der Paste bei freiliegenden Pads über ca. 2 mm2 üblicherweise in verschiedenen kleinen kreisförmigen oder quadratischen Bereichen. Durch die Portionierung der Lotpaste in kleinere Segmente können flüchtige Flussmittelbestandteile leichter entweichen, ohne das Lot zu lösen.

Was sind die Richtlinien zur Komponentenplatzierung für Motorsteuerungs-PCB-ICs?

Die Anweisungen zur Komponentenplatzierung für Motorsteuerungs-PCB-ICs sind dieselben wie für andere Leistungs-IC-Typen. Sie sollten Bypass-Kondensatoren so nah wie möglich an den Stromanschlüssen des Gehäuses installieren und die Massenkondensatoren in der Nähe platzieren.

Viele Leiterplatten-ICs für Motorsteuerungen verwenden Ladungspumpenkondensatoren und/oder Bootstrap-Kondensatoren, die Sie ebenfalls in der Nähe des IC-Gehäuses platzieren müssen.

Warum ist eine dicke Kupferschicht ideal für Motorsteuerungsplatinen?

Während die durchgehende, breite Ebene den Wärmewiderstand minimiert, ist die Kupferdicke auf der Ebene ebenso wichtig für die thermische Leistung der Motorsteuerungsplatine.

Eine Erhöhung der Kupferbeschichtungsdicke auf der Leiterplatte verringert den effektiven Wärmewiderstand der Ebene.

Kupfer ist ein ausgezeichneter Wärmeleiter. Im Hinblick auf das Wärmemanagement sollten Sie daher mehr Kupferfläche auf der Leiterplatte Ihrer Motorsteuerung haben.

Dickes Kupfer, wie z. B. 36 Mikrometer (2 Unzen) dicke Folie, hat eine bessere Wärmeleitung als dünneres Kupfer. Bedauerlicherweise ist dickes Kupfer sehr kostspielig und es ist schwierig, feine Geometrien zu erzielen.

Im Allgemeinen ist 34 Mikrometer (1 Unze) Kupfer Standard, insbesondere für Leiterplatten mit einem Pinabstand von 0.5 mm oder weniger. Für äußere Schichten können Sie ½-Unzen-Kupfer verwenden, das bis zu einer Dicke von 1 Unze plattiert werden kann.

Massive Kupferflächen, die auf den inneren mehrschichtigen Leiterplattenschichten zur Motorsteuerung verwendet werden, verteilen die Wärme gut. Da sich diese Ebenen jedoch normalerweise in der Mitte des Leiterplattenstapels befinden, kann es zu Wärmeeinschlüssen in der Leiterplatte kommen.

Um die Wärme von den Ebenen abzuleiten, können Sie eine Kupferabdeckung auf der externen PCB-Schicht hinzufügen.

Darüber hinaus können Sie viele Durchkontaktierungen zum Nähen platzieren oder die Bereiche, die Wärme speichern, mit den internen Ebenen verbinden.

Bei zweischichtigen Motorsteuerungsplatinen kann die Wärmeableitung aufgrund des Vorhandenseins von Komponenten und Leiterbahnen eine größere Herausforderung darstellen.

Daher ist es notwendig, mehr massives Kupfer mit perfekten thermischen Verbindungen zur Motorsteuerplatine bereitzustellen.

Das Anbringen von Kupfergüssen auf einer der Außenschichten und deren Verbindung mithilfe mehrerer Durchkontaktierungen trägt dazu bei, die Wärme durch in Teile und Leiterbahnen geschnittene Abschnitte zu verteilen.

Warum werden Multi-Vias für Motorsteuerungs-PCBs bevorzugt?

Beim PCB-Design für Motorsteuerungen werden normalerweise mehrere Durchkontaktierungen für Hochstromverbindungen zwischen Schichten verwendet. Benutzen Multi-Vias ist nicht nur bei Hochstromverbindungen unerlässlich, sondern trägt auch zu einer geringen parasitären Erdung bei.

Es ist wichtig, die richtige Anzahl und Größe der Durchkontaktierungen anzugeben, um einen geringen Widerstand und eine längere Zuverlässigkeit zu erreichen. Im Allgemeinen sollte der Via-Durchmesser mindestens der Leiterbahnlänge entsprechen.

Wenn Sie eine Kupferebene als Leiterbahn verwenden, sollten Sie die Mehrfachdurchkontaktierungen in der Nähe des Stromeingangs oder -ausgangs an den Komponentenstiften anordnen.

Abbildung 9 Motorsteuerungsplatinenbaugruppe

Motorsteuerungsplatinenbaugruppe

Was ist die empfohlene Leiterbahnbreite in der Motorsteuerungsplatine?

Sie müssen die Breite der Leiterbahnen der Motorsteuerungsplatine richtig dimensionieren. Dies liegt an seinem großen Eingangs- und Ausgangsstrom (in bestimmten Fällen über 10 A).

Breitere Leiterbahnen haben einen geringeren Widerstand. Daher sollten Sie die Leiterbahnen dimensionieren, um sicherzustellen, dass innerhalb des Leiterbahnwiderstands keine übermäßige Verlustleistung entsteht.

Eine übermäßige Verlustleistung würde zu einer Erwärmung der Leiterbahnen auf unzulässige Temperaturen führen.

Der IPC-22211 ist der gängige Standard, der von PCB-Designern zur Festlegung der richtigen Leiterbahnbreite verwendet wird.

Diese Norm enthält Diagramme, die die erforderliche Kupferquerschnittsfläche für verschiedene Stromstärken und zulässigen Temperaturanstiege anzeigen.

Sie können diesen Bereich in eine Leiterbahnbreite bei einer bestimmten Kupferschichtdicke umrechnen.

Beispielsweise sollte eine Leiterbahn, die 10 A Strom leitet, innerhalb einer 1-Unzen-Kupferschicht nur mehr als 7 mm breit sein, um einen Temperaturanstieg von 10 Grad Celsius zu erreichen.

Bei einem Strom von 1 A sollte die Leiterbahnbreite 0.3 mm betragen. Aus diesem Grund ist es möglicherweise unmöglich, einen 10-A-Strom über ein IC-Pad der Motorsteuerungsplatine mit einer Breite von weniger als 1 mm zu leiten.

Es ist wichtig zu beachten, dass die empfohlene Leiterbahnbreite in IPC-22211 für lange Leiterbahnen der Motorsteuerungsplatine mit konstanter Breite gilt.

Sie können ohne negative Auswirkungen einen viel größeren Strom über einen kurzen Abschnitt der Leiterplattenbahn des Motorcontrollers leiten.

Dies ist möglich, wenn sie zu einer größeren Kupferfläche oder Leiterbahn verbunden werden.

Dies liegt daran, dass die kurze, dünne Platinenleiterbahn einen geringen Widerstand aufweist. Darüber hinaus wird die von ihnen erzeugte Wärme von den größeren Kupferflächen absorbiert, die als Wärmesenke fungieren.

Warum sollten Sie in den inneren Schichten der Motorsteuerungsplatine breitere Leiterbahnen haben als in den äußeren Schichten?

Leiterbahnen, die in die inneren Schichten der Motorsteuerungsplatine eingebettet sind, können die Wärme nicht so effizient ableiten wie solche auf äußeren Schichten. Dies ist auf die schlechte Wärmeleitfähigkeit des isolierenden Substrats zurückzuführen.

Daher müssen die Leiterbahnen innerhalb der inneren Schichten der Motorsteuerungsplatine etwa doppelt so breit sein wie die Leiterbahnen auf den äußeren Schichten.

Was sind die allgemeinen Routing-Richtlinien für das PCB-Design der Motorsteuerung?

Beachten Sie beim Design der Motorsteuerplatine die folgenden allgemeinen Routing-Tipps:

  • Stellen Sie sicher, dass die Gate-Antriebsspuren möglichst breit und kurz sind. Beginnen Sie mit einer Leiterbahnbreite von 20 mil für mindestens 1 Unze Kupfer, Sie können jedoch bei Bedarf bei hohen Strömen mehr hinzufügen.
  • Verlegen Sie die Schaltknotenspur und die Signalspur des High-Side-Gates so nah wie möglich. Dies reduziert die Schleifenfläche, die Induktivität und die Wahrscheinlichkeit von Rauschen aufgrund der du/dt-Umschaltung.
  • Vermeiden Sie die Verwendung rechtwinkliger PCB-Leiterbahnen für die Motorsteuerung. Eine 90-Grad-Kurve in einer Leiterbahn auf einer Platine dient als Impedanz und könnte zu einer Reflexion im Strom führen.

Wenn die Motorphasen umgeschaltet werden, können die scharfen Kurven zu elektromagnetischen Störungen (EMI) führen.

Kreisbögen sind perfekt, sind jedoch möglicherweise nicht auf tatsächliche PCB-Designs für Motorsteuerungen anwendbar. Daher sind stumpfe Winkel die ideale Alternative für die Eckfräsung.

  • Übergang von Durchkontaktierungen zu Pads, insbesondere von schmalen zu dicken Leiterbahnen auf Pins am Ausgang. Die Teardrop-Methode minimiert die thermische Belastung des Signalübergangs.

Die Technik verhindert außerdem Risse in den Spuren und macht sie mechanisch stabiler. Die Tropfenmethode kommt zum Einsatz, wenn Sie vom kleinen Signal zum Durchgangsloch-Pad wechseln.

  • Verlegen Sie die Leiterbahnen der Motorsteuerungsplatine in parallelen Sätzen, wenn Sie sie um ein Objekt herum verlegen. Dies trägt dazu bei, Diskontinuitäten und unterschiedliche Impedanzen aufgrund geteilter Leiterbahnen zu vermeiden.

Diese Technik ist entscheidend für Signale stromempfindlicher Verstärker.

  • Positionieren Sie passive PCB-Komponenten im Signalpfad, wie Wechselstrom-Koppelkondensatoren oder Quellenanpassungswiderstände, und zwar nahe beieinander.

Die Parallelanordnung von Teilen führt zu größeren Leiterbahnabständen. Das Versetzen der Komponenten der Motorsteuerungsplatine wird nicht empfohlen, da dadurch schmale Bereiche entstehen.

  • Die unabhängige Erdung digitaler und analoger Schaltungsteile gehört zu den einfachsten und effizientesten Techniken zur Rauschunterdrückung.

Abbildung 10 Komponentenplatzierung auf der Motorsteuerungsplatine

Komponentenplatzierung auf der Motorsteuerungsplatine

Warum sollten Sie thermische Vias in die Motorsteuerungsplatine integrieren?

Unter Vias versteht man kleine plattierte Löcher, die häufig verwendet werden, um eine Signalspur der Motorsteuerungsplatine von einer Schicht zur anderen zu führen. Thermal Vias werden auf die gleiche Weise hergestellt, sie sollen jedoch Wärme von einer Platinenschicht zur anderen übertragen.

Die korrekte Anwendung von thermischen Durchkontaktierungen ist für die Wärmeableitung auf der Motorsteuerungsplatine von entscheidender Bedeutung, Sie müssen jedoch verschiedene Aspekte der Herstellbarkeit berücksichtigen. Es gibt einen thermischen Widerstand in Durchkontaktierungen, was bedeutet, dass sie einen gewissen Temperaturabfall erfahren, wenn die Wärme hindurchfließt.

Daher müssen die Durchkontaktierungen groß sein und so viel Kupferfläche wie möglich im Loch haben.

Denken Sie daran, dass thermische Durchkontaktierungen keine thermischen Entlastungen aufweisen dürfen und Sie diese direkt mit den Kupferbereichen verbinden sollten.

Wie verhindern Sie die Dochtwirkung von Lötzinn in der Motorsteuerungsplatine?

Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten, die Dochtwirkung des Lots in der Motorsteuerplatine zu minimieren.

Eine Methode besteht darin, extrem kleine Durchgangslöcher zu verwenden, um sicherzustellen, dass das in den Löchern versickernde Lotvolumen vernachlässigbar bleibt. Allerdings weisen kleine Durchkontaktierungen einen höheren Wärmewiderstand auf, so dass mehr erforderlich ist, um die entsprechende Wärmeleistung zu erreichen.

Die andere Technik erfolgt über ein Zelt auf der Rückseite der Motorsteuerungsplatine. Dabei wird die Öffnung im Lötstopplack auf der Rückseite entfernt, sodass die Durchkontaktierung vom Lötstopplack abgedeckt wird.

Die Durchkontaktierung wird durch die Lötstoppmaske verschlossen, wenn das Durchkontaktierungsloch schmal ist; Daher kann Lot nicht über die gesamte Fläche eindringen.

Über welche Wege wird die in der Motorsteuerungsplatine erzeugte Wärme abgeleitet?

Ein wichtiger Gesichtspunkt für die thermische Leistung von Motortreibern sind die Wege, über die die im Gerät erzeugte Wärme abgeführt werden kann.

Drei Hauptwege, über die Wärme vom Chip in Umgebungen mit niedrigeren Temperaturen gelangt, sind:

  • Einkapselungsmaterial
  • Bonddrähte
  • Wärmeleitpad

Abbildung 11 Wärmeableitungspfade der Motorsteuerungsplatine

Wärmeableitungspfade der Motorsteuerungsplatine

Am Beispiel dieser drei Wege ist das Wärmeleitpad der effizienteste Weg für die Wärmeableitung vom Gerät, gefolgt vom Einkapselungsmaterial und schließlich den Bonddrähten.

Die im integrierten Schaltkreispaket mit Wärmeleitpads verwendete Technologie erzeugt einen Pfad mit geringem thermischen Widerstand vom Chip zu externen Kupferebenen. Daher kann das Wärmeleitpad eine große Wärmemenge effizient vom Chip ableiten.

Das unter den Treiber gegossene Wärmeleitpad sollte groß genug sein, um die gesamte Fläche des Wärmeleitpads abzudecken und dennoch eine große Oberfläche auf anderen Teilen der Leiterplatte abzudecken.

Das Wärmeleitpad sollte außerdem fest mit der unteren Grundplatte verbunden sein, wobei mehrere Wärmedurchkontaktierungen direkt unter dem Wärmeleitpad platziert werden sollten.

Durch die Verbindung sowohl der oberen als auch der unteren Masseebene mit dem Wärmeleitpad des Treibers wird die Wärmeableitung bei einem PCB-Design erheblich verbessert. Aus diesem Grund sollten diese Flugzeuge im Layout möglichst groß gestaltet werden.

Ist EMV-Konformität beim Design von Motorsteuerungsplatinen unerlässlich?

Bei der Entwicklung neuer Motorsteuerungs-PCB-Anwendungen sollte die EMV-Konformität im Mittelpunkt stehen. Es trägt dazu bei, Projektkosten und Zykluszeiten zu reduzieren und Ressourcenverschwendung zu vermeiden, um EMV-Probleme nachträglich zu lösen.

Darüber hinaus verursacht ein gutes Leiterplattenlayout für die Motorsteuerung zwar die gleichen Herstellungskosten wie minderwertige Leiterplatten, die Kosten für Korrekturmaßnahmen können jedoch hoch sein.

Daher sollten Sie während der Implementierungsphase des Hardware-Designs Vorkehrungen treffen, um die Auswirkungen elektrostatischer Entladungen, elektrischer schneller Transienten und elektromagnetischer Emissionen zu regulieren.

Da die Motorsteuerplatine hohe Spannungen und Ströme verarbeitet, ist die Anordnung der Leistungsstufe von entscheidender Bedeutung.

Darüber hinaus sollte das Platinenlayout verschiedene Elemente wie Schaltkreisbereiche, Leiterbahnbreiten und -längen sowie die korrekte Leiterbahnführung umfassen.

Dies erfolgt zusätzlich zur optimierten Konfiguration der verschiedenen Systemkomponenten und Stromquellen im PCB-Bereich.

Sie müssen sich zunächst darauf konzentrieren, die EMI-Probleme und Überspannungsspitzen aufgrund parasitärer Induktivität durch die PCB-Leiterbahnen zu minimieren.

Stellen Sie außerdem sicher, dass Sie das über die Versorgungsleitungen des Systems eingeleitete elektrische Rauschen durch schnelle Transienten (EFT) korrekt leiten.

Darüber hinaus über Versorgungsspannung oder externe Masse weit entfernt von empfindlichen Komponenten wie IC-Gate-Treibern oder Mikrocontrollern.

Dies liegt daran, dass es zu Bitfehlern in digitalen Schaltkreisen und zu einer schlechten Signalintegrität in analogen Schaltkreisen kommen kann.

Wenn diese nicht sichergestellt werden, kann dies zu falschen Strommesswerten, unzureichendem Schutz, Überspannungssignalen, unerwünschten Fehlersignalen und ungewöhnlichen Eingangs-PWM-Signalen führen. All diese Probleme können zu einem vorübergehenden Verlust der normalen Funktion und sogar zu dauerhaften Schäden an der Motorsteuerungsplatine führen.

Schließlich sollten Sie verhindern, dass elektrostatische Entladungen (ESD) Bedingungen verursachen, die Komponenten dauerhaft zerstören können.

Dies erreichen Sie durch den Einsatz von Hardwarelösungen wie optimiertem PCB-Layout, Tiefpassfiltern, Klemm- und Schutzdioden.

Was sind die EMI-Quellen in der Motorsteuerungsplatine?

Unter elektromagnetischen Störungen versteht man die störende elektromagnetische Energie, die von einem elektronischen Gerät auf ein anderes übertragen wird. Dabei kann es sich um Folgendes handeln:

  • Leitfähig, wenn die Ausbreitung über eine Stromleitung erfolgt
  • Strahlungsemission bei Übertragung über den freien Raum

Zu den typischen EMI-Quellen in Motorsteuerungs-PCB-Geräten gehören:

  • Mikrocontroller
  • Leistungsregler
  • Transmitter
  • Elektronische Entladungen
  • Analoge Verstärker
  • Transiente Leistungskomponenten wie Schaltnetzteile, Beleuchtung und elektromechanische Relais.

In mikrocontrollerbasierten Systemen wie der Motorsteuerungsplatine erzeugt die Taktschaltung normalerweise das höchste Breitbandrauschen.

Obwohl alle elektronischen Schaltkreise Empfänger von EMI-Übertragungen sind, sind Steuer-, Rücksetz-, Schutz-, Fehler- und Unterbrechungsleitungen die äußerst kritischen Signale.

Die wichtigste EMI-Quelle bei Motorsteuerungs-PCB-Anwendungen ist normalerweise das Schaltnetzteil (SMPS).

Es regelt transiente hohe Spannungen und Ströme in Form von Rechteckimpulsen mit hohen dv/dt- und di/dt-Raten.

Die Wellenformen sind außergewöhnlich nichtlinear und weisen daher einen hohen Oberwellengehalt auf. Die Signale bestehen aus vielen Frequenzkomponenten, die üblicherweise als Rauschen bezeichnet werden.

Das Rauschen kann leicht abgestrahlt oder in die umgebenden Schaltkreise der Motorsteuerungsplatine übertragen werden, was zu deren Fehlfunktion führt.

Sie können Soft-Switching-Techniken und Snubber einsetzen, um die elektromagnetischen Störungen durch das SMPS zu reduzieren.

Welche Merkmale des PCB-Layouts für die Motorsteuerung haben einen großen Einfluss auf die EMI?

Die entscheidenden Aspekte der Layoutstruktur, die erhebliche Auswirkungen auf elektromagnetische Störungen haben, sind:

  • PCB: Wählen Sie die Größe, Art und Anzahl der Schichten (normalerweise kostenorientiert) der Leiterplatte
  • Erdung: Wählen Sie die Erdungstopologie, die direkt mit der PCB-Auswahl verknüpft ist.
  • Signale: Bestimmen Sie, welche Arten von Erdung, Strom und Steuersignal für die erforderliche Funktionalität der Motorsteuerungsplatine vorhanden sind.
  • Kopplungspfade (Crosstalk): Festlegung der bevorzugten Signalaustauschtechnik zwischen Funktionsblöcken (Trace-Routing). Bestimmen Sie außerdem, ob die meisten konzentrierten Komponenten der Leiterplatte zur Motorsteuerung Durchgangsbohrungen oder SMD-Komponenten sind.
  • Komponentenplatzierung und -ausrichtung: Identifizieren Sie große Teile oder Teile, die Kühlkörper benötigen, da sie möglicherweise nur begrenzt platziert werden können und eine besondere Behandlung benötigen.
  • Abschirmung: Wenn andere Techniken zur Regulierung elektromagnetischer Störungen Ihre EMV-Grenzwerte oder -Ziele nicht erfüllen, überlegen Sie, wie Sie die Leiterplatte abschirmen können.

Wie minimiert man die Erdungsimpedanz in der Motorsteuerungsplatine?

Durch die Bereitstellung großer Platinenflächen für die Erdung und die Verbindung von Komponenten mit diesen Abschnitten über möglichst kurze Wege wird die Impedanz des Stromflusses verringert. Dadurch wird die Erdimpedanz verringert.

Sie können Widerstand und Induktivität minimieren, indem Sie breite, kurze PCB-Leiterbahnen für die Motorsteuerung verwenden. Diese Technik ist ideal, wenn Sie keine unmittelbare Verbindung zur Masseebene herstellen können.

Was sind die elektrischen Spezifikationen der Motorsteuerungsplatine, wenn Sie Ihre Bestellung aufgeben?

So spezifizieren Sie eine Motorsteuerplatine für Ihre Leiterplattenfertigung:

  • Maximale Ausgangsspannung: Der PCB-Ausgang, der mit dem Motorsystem übereinstimmen sollte.
  • Nennleistung: Die höchste Leistung, die der Motor nutzen kann.
  • AC/DC-Versorgungsspannung: Der AC/DC-Eingangsspannungsbereich für effizienten Betrieb.
  • Kontinuierlicher Ausgangsstrom: Der Strom, den die Motorsteuerplatine führt, kann häufig die Wärmegrenze überschreiten.
  • Kommunikationsstandards: Zum Beispiel parallele und serielle Schnittstellen.
  • Bustypen: Bestehend aus branchenüblicher Architektur, fortschrittlicher Technologieanbindung usw.
  • Spitzenstromausgang: Die höchste praktische Stromabgabe für kurze Dauer.
  • Motorsteuerungen: Der Frequenzbereich liegt zwischen 50 und 400 Hz.
  • Ein-/dreiphasige Eingänge

Welche Anwendungen gibt es für Motorsteuerungsplatinen?

Es gibt unbegrenzte Einsatzmöglichkeiten für Motorsteuerungsplatinen in den folgenden Bereichen:

  • Consumer Elektronik
  • Robotik
  • Fertigung
  • Automobiles
  • Militär unter anderem.

Schauen wir uns einige spezifische PCB-Anwendungen für die Motorsteuerung an:

  • Verbraucherfans

Aufgrund ihres energieeffizienten Betriebs sind sie die perfekte Wahl für den Einsatz in Ventilatoren.

  • Pumps

Hersteller integrieren Steuerplatinen für Gleichstrommotoren, um Pumpen anzutreiben. Dies liegt an ihrer außergewöhnlichen Reaktion während der Bewegung und der Fähigkeit, die Geschwindigkeit zu variieren.

  • Moderne Elektrofahrräder

Aktuelle Elektrofahrräder sind mit Gleichstrommotoren ausgestattet. Darüber hinaus wurde das DC-Motor-Controller-PCB-Gerät in der Hinter- und Vorderradnabe eingesetzt, um die erforderlichen Leistungs- und Drehmomentwerte zu erzeugen.

  • Kinderspielzeug

Da die Spielzeuge unterschiedliche Geschwindigkeits- und Bewegungsniveaus benötigen, können sie diese Anforderungen durch die Integration einer Motorsteuerungsplatine erfüllen.

  • Moderne Elektrofahrzeuge

Gleichstrommotoren eignen sich perfekt für Elektroautos. Daher verwenden Hersteller von Elektrofahrzeugen Leiterplatten für Motorsteuerungen, um Energieeffizienz und Langlebigkeit sicherzustellen.

Bei Fragen oder Anfragen zur Motorsteuerungsplatine wenden Sie sich bitte an uns. Kontaktieren Sie uns jetzt.