Motorsteuerungsplatine

Die Leiterplatte für die Motorsteuerung ist in unserem täglichen Leben unverzichtbar. Diese Art von PCB spielt eine große Rolle beim Betrieb einer Vielzahl von Geräten, auf die wir uns täglich verlassen.

Jedes Antriebssystem, einschließlich Elektroautos, Flugzeuge, Kraftstoffpumpen und andere, hängt praktisch von der Motorsteuerungsplatine ab, um effizient zu funktionieren.

Dieser Leitfaden beantwortet einige der Bedeutungen, die Sie möglicherweise für die Motorsteuerungs-PCB haben.

Tauchen wir gleich ein.

Können Sie die Motorsteuerungsplatine in allen Arten von Motorsteuerungen verwenden?

Eine Motorsteuerungs-PCB ist das Herzstück eines jeden Motorsteuerungsgeräts. Es hilft bei der Regulierung der Motordrehzahl, des Drehmoments und der Geräteleistung.

Es gibt 4 Haupttypen von Motorsteuerungen, die eine Motorsteuerungsplatine enthalten müssen:

• AC-Motorsteuerungen

AC-Motorsteuerungen, auch bekannt als Frequenzumrichter, drehzahlgeregelte Treiber oder AC-Wechselrichter, ändern die Eingangsspannung für Motoren. Sie erreichen dies, indem sie die Frequenz der in den Motor eingespeisten Energie ändern und so das Drehmoment und die Drehzahl regulieren.

• Gleichstrommotorsteuerung

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

• Servomotorsteuerung

Eine Servomotorsteuerung ändert die Eingangsleistung durch Regelung der Stromquelle auf den erforderlichen Strom, Impuls oder Frequenzausgang. Diese Motorsteuerungen sind perfekt für spezifische Anwendungen.

Servomotorsteuerungen sind ideal für den Einsatz in Bewegungssteuerungsanwendungen, insbesondere in der Bau- und Fertigungsbranche. Sie steuern Motordrehzahlen, Drehmomente und Positionen.

• Schrittmotorsteuerungen

Schrittmotor-Controller-PCB

Dieser Motorsteuerungstyp, auch Motorindexer genannt, regelt die Eingangsleistung durch Anpassung der Stromquelle an den abgestuften 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 Wechselrichter-basierte Motorsteuerung PCB System besteht aus:

• Digitalteil (Mikrocontroller)
• Steuerteil (IC-Gate-Treiber)
• Komparator zum Schutz
• Operationsverstärker zum Erfassen von Strom und anderen Temperaturen und Strömen und Sensoren
• Leistungsstufe (eingerichtet auf MOSFET- und IGBT-Geräten)
• Niederspannungsnetzteil
• Einige Spannungsregler.

Blockdiagramm der Komponenten der Motorsteuerungsplatine

Was sind die Funktionsprinzipien der DC-Motorsteuerungsplatine?

Es gibt drei Schlüsselprinzipien, nach denen das PCB-Gerät der Motorsteuerung arbeitet:

H-Brückenschaltung (Richtungssteuerung)

H-Brückenschaltung, der über vier paarweise geregelte Schalter verfügt, ist der einfachste Mechanismus zur Steuerung von Gleichstrommotoren.

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

Platine der H-Brücken-Motorsteuerung

Pulsweitenmodulationsschaltung (PWM) (Geschwindigkeitsregler)

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

Hier enthält die Motorsteuerungsplatine drehzahlgeregelte Antriebsregler, die zyklische Impulse an den Motor weiterleiten. Diese Impulse veranlassen die Spuleninduktivität, einen bindenden Glättungseffekt zu bewirken.

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.

Es wird eine Änderung der Ausgangswellendrehzahl mit einer Änderung des Spulenstroms geben. Variable Widerstände können den Strom ändern, damit Sie die Motordrehzahl erhöhen können.

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

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

TSSOP- und QFN-Pakete

TSSOP-Gehäuse haben eine rechteckige Form und verwenden 2 Stiftreihen. Die bei der Leiterplattenmontage von Motorsteuerungen verwendeten TSSOP-Gehäuse weisen häufig ein massives blankes Pad unter dem Gehäuse auf. Das exponierte Pad hilft bei der Wärmeableitung von der Verpackung.

TSSOP-Paket für Motorsteuerungs-PCB

Andererseits beziehen sich QFN-Gehäuse auf bleifreie Gehäuse mit Pads um die Außenkanten des Geräts. Sie haben auch ein größeres Pad in der Mitte des Gehäuses, das zur Wärmeableitung vom Chip beiträgt.

QFN-Paket

Um Wärme vom QFN-Gehäuse abzuleiten, müssen Sie eine ordnungsgemäß gelötete Verbindung zum blanken Pad herstellen. Oft liegt das freiliegende Pad auf Massepotential, daher können Sie es an der Masseebene der Motorsteuerungs-PCB befestigen. Grundsätzlich befinden sich thermische Vias direkt im Pad-Bereich.

Verbleite Pakete

Gewöhnliche bedrahtete Gehäuse wie SOT-23- und SOIC-Gehäuse werden normalerweise für PCB-Geräte mit geringer Leistung zur Motorsteuerung verwendet. Um die Verlustleistungskapazität der Gehäuse zu optimieren, wenden Sie eine „Flip-Chip-on-Lead-Frame“-Struktur an.

Bei dieser Konstruktion verbinden Sie den Chip unter Verwendung von Löt- und Kupferhöckern mit den Metallanschlüssen, ohne Bonddrähte zu verwenden. Dies erleichtert die Wärmeleitung vom Chip über die Leitungen zur Motorsteuerschaltkreisplatine.

Flip-on-Chip-Leadframe-Konstruktion

Bringen Sie zur Optimierung der thermischen Leistung breite Kupferflächen an den hochstromführenden Leitungen an. Typischerweise sind die Ausgangs-, Erdungs- und Leistungspins mit Kupferbereichen auf der Motorsteuerungs-PCB verbunden.

Flip-Chip-QFN-Gehäuse

FCQFN-Gehäuse ähneln herkömmlichen QFN-Gehäusen. Anstatt jedoch Drahtbonds für die Verbindung zwischen Chips und Pads zu verwenden, drehen Sie den Chip um und befestigen ihn direkt an den Pads unter dem Gehäuse.

FCQFN-Paket

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

Die Flip-Chip-QFN-Gehäuse verwenden Kupferhöckerreihen auf der Chipoberfläche, die schließlich am Leiterrahmen befestigt werden.

Flip-Chip-QFN-Konstruktion

Wie löten Sie freiliegende Pads von IC-Gehäusen in Motorsteuerungs-Leiterplatten?

QFN- und TSSOP-Gehäuse haben darunter ein großes freiliegendes Pad. Dieses Pad ist mit der Rückseite des Chips verbunden und hilft bei der Wärmeübertragung vom IC-Gehäuse.

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

Die Öffnung in der Schablone, die zum Aufbringen von Lötpaste für das freigelegte Pad verwendet wird, ist normalerweise nicht auf dem Datenblatt des IC-Gehäuses angegeben.

Normalerweise SMT Prozessingenieure wenden ihre eigenen Regeln für die Lotmenge an, die aufgebracht werden soll, und den Mustertyp, der auf der Schablone verwendet werden soll.

Wenn eine Öffnung mit der gleichen Größe wie das Pad verwendet wird, werden Sie eine große Menge Lötpaste abscheiden. Dies kann aufgrund der Oberflächenspannung zum Abheben des Gehäuses führen, wenn das Lot schmilzt.

Eine weitere Herausforderung ist das Lot-Voiding (Lücken oder Hohlräume innerhalb von Lötstellen). Lotblasenbildung findet statt, wenn die flüchtige Flussmittelkomponente während des Reflow-Prozesses des Lötmittels verdampft. Dies kann dazu führen, dass Lot aus der Verbindung herausgedrückt wird.

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

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

Die Anweisungen zur Bestückung von Komponenten für PCB-ICs zur Motorsteuerung sind die gleichen wie für andere Leistungs-IC-Typen. Sie sollten Bypass-Kondensatoren so nah wie möglich an den Stromanschlüssen des Gehäuses installieren, wobei Bulk-Kondensatoren in der Nähe positioniert sein sollten.

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

Warum ist eine dicke Kupferschicht ideal für Motorsteuerungs-Leiterplatten?

Während eine durchgehende, breite Ebene den thermischen Widerstand minimiert, ist die Kupferdicke auf der Ebene ebenso wichtig für die thermische Leistung der Motorsteuerungs-PCB.

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

Kupfer ist ein ausgezeichneter Wärmeleiter, daher sollten Sie in Bezug auf das Wärmemanagement mehr Kupferfläche auf Ihrer Motorsteuerungsplatine haben.

Dickes Kupfer, wie 36 Mikron (2 Unzen) Folie, hat eine bessere Wärmeleitung als dünneres Kupfer. Bedauerlicherweise ist dickes Kupfer sehr kostspielig und es ist eine Herausforderung, damit feine Geometrien zu erzielen.

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

Massive Kupferflächen, die auf den inneren mehrschichtigen PCB-Schichten der Motorsteuerung verwendet werden, verteilen die Wärme gut. Da sich diese Ebenen jedoch normalerweise in der Mitte des Leiterplattenstapels befinden, kann Wärme innerhalb der Leiterplatte eingeschlossen werden.

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 einfangen, mit den internen Ebenen verbinden.

Auf zweilagigen Motorsteuerungs-PCBs kann die Wärmeableitung aufgrund des Vorhandenseins von Komponenten und Spuren schwieriger sein.

Daher ist es erforderlich, mehr massives Kupfer mit perfekten thermischen Verbindungen mit der Motorsteuerschaltkreisplatine bereitzustellen.

Das Platzieren von Kupfergüssen auf beiden äußeren Schichten und das Verbinden dieser mit mehreren Durchkontaktierungen hilft, die Wärme durch die Abschnitte zu verteilen, die von Teilen und Spuren geschnitten werden.

Warum werden Multi-Vias für Motorsteuerungs-Leiterplatten bevorzugt?

Beim Design von Motorsteuerungs-PCBs werden normalerweise mehrere Durchkontaktierungen für Hochstromverbindungen zwischen Schichten verwendet. Verwenden Multivias ist nicht nur für Hochstromverbindungen unerlässlich, sondern hilft auch bei einer geringen parasitären Erdung.

Es ist wichtig, die richtige Menge und Abmessungen der Durchkontaktierung anzugeben, um einen geringen Widerstand und eine verlängerte Zuverlässigkeit zu erreichen. Im Allgemeinen sollte der Via-Durchmesser mindestens der Leiterbahnlänge entsprechen.

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

Leiterplattenbaugruppe für die Motorsteuerung

Was ist die empfohlene Leiterbahnbreite in der Motorsteuerungsplatine?

Sie müssen die Breite der Motorsteuerungsleiterbahnen 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 so dimensionieren, dass sichergestellt ist, dass innerhalb des Leiterbahnwiderstands keine übermäßige Verlustleistung auftritt.

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

Der IPC-22211 ist der gemeinsame Standard, der von PCB-Designern verwendet wird, um die richtige Leiterbahnbreite festzulegen.

Diese Norm enthält Diagramme, die die erforderliche Querschnittsfläche von Kupfer für verschiedene Stromstärken und zulässige Erwärmung anzeigen.

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

Beispielsweise sollte eine Leiterbahn, die einen Strom von 10 A innerhalb einer 1-Unzen-Kupferschicht leitet, nur über 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 Strom von 10 A 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 Motorsteuerungs-PCB-Leiterbahnen mit konstanter Breite gilt.

Sie können ohne negative Auswirkungen einen viel größeren Strom über ein kurzes Segment der Leiterbahn der Motorsteuerung leiten.

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

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

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

Leiterbahnen, die in die inneren Schichten der Motorsteuerungs-PCB eingebettet sind, können die Wärme nicht so effizient ableiten wie die auf den äußeren Schichten. Dies liegt an der schlechten Wärmeleitfähigkeit des isolierenden Substrats.

Daher müssen Leiterbahnen innerhalb der inneren Schichten der Motorsteuerungs-PCB ungefähr doppelt so breit sein wie die auf den äußeren Schichten.

Was sind die allgemeinen Routing-Richtlinien für das Design von Motorsteuerungs-Leiterplatten?

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

• Stellen Sie sicher, dass die Gate-Treiberspuren möglichst breit und kurz sind. Beginnen Sie mit einer Leiterbahnbreite von 20 mil für mindestens 1 Unze Kupfer, aber Sie können mehr hinzufügen, wenn dies bei hohen Strömen erforderlich ist.
• Verlegen Sie die Schalterknotenspur und die Signalspur des High-Side-Gates so nah wie möglich. Dadurch werden die Schleifenfläche, die Induktivität und die Wahrscheinlichkeit von Rauschen aufgrund der dv/dt-Umschaltung reduziert.
• Vermeiden Sie die Verwendung rechtwinkliger Motorsteuerungsleiterbahnen. Eine 90-Grad-Kurve in einer Leiterbahn dient als Impedanz und könnte zu einer Reflexion im Strom führen.

Wenn die Motorphasen umgeschaltet werden, können die scharfen Kurven Probleme mit elektromagnetischen Interferenzen (EMI) verursachen.

Kreisförmige Biegungen sind perfekt, aber möglicherweise nicht in tatsächlichen Motorsteuerungs-PCB-Designs anwendbar. Daher sind stumpfe Winkel die ideale Alternative zum Eckfräsen.

• Übergang von Vias zu Pads, insbesondere von schmalen zu dicken Platinenspuren auf Pins am Ausgang. Das Teardrop-Verfahren minimiert die thermische Belastung des Signalübergangs.

Die Technik verhindert auch Spurenrisse und macht sie mechanisch stärker. Die Teardrop-Methode gilt, wenn Sie von einem kleinen Signal zu einem Durchgangsloch-Pad wechseln.

• Leiterbahnen der Motorsteuerung in parallelen Sätzen verlegen, wenn sie um ein Objekt verlegt werden. Dies hilft bei der Vermeidung von Diskontinuitäten und differentieller Impedanz als Folge von geteilten Leiterbahnen.

Diese Technik ist entscheidend für Signale von stromempfindlichen Verstärkern.

• Positionieren Sie passive PCB-Komponenten im Signalpfad, wie AC-Kopplungskondensatoren oder Quellenanpassungswiderstände, und nahe beieinander.

Das parallele Platzieren von Teilen führt zu einem größeren Abstand der Leiterbahnen. Das Staffeln von Komponenten der Motorsteuerungsplatine wird nicht empfohlen, da es enge Bereiche bildet.

• Eine unabhängige Erdung für digitale und analoge Schaltungsteile gehört zu den einfachsten und effizientesten Techniken zur Rauschunterdrückung.

Komponentenplatzierung auf der Motorsteuerungsplatine

Warum sollten Sie Thermal Vias in die Motorsteuerungs-Leiterplatte einbauen?

Vias beziehen sich auf kleine plattierte Löcher, die oft verwendet werden, um eine Signalspur einer Motorsteuerungs-PCB von einer Schicht zur anderen zu führen. Thermal Vias werden auf die gleiche Weise gebildet, 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, aber Sie müssen verschiedene Herstellbarkeitsprobleme berücksichtigen. In Durchkontaktierungen gibt es einen Wärmewiderstand, was bedeutet, dass sie einen gewissen Temperaturabfall erfahren, wenn Wärme hindurchströmt.

Daher müssen die Durchkontaktierungen groß sein und so viel Kupferfläche wie möglich innerhalb des Lochs haben.

Denken Sie daran, dass thermische Vias keine thermischen Entlastungen haben dürfen und direkt mit den Kupferflächen verbunden werden sollten.

Wie verhindert man Lötdochtwirkung in der Motorsteuerungsplatine?

Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten, die Lötdochtwirkung in der Motorsteuerplatine zu minimieren.

Ein Verfahren besteht darin, extrem kleine Durchgangslöcher zu verwenden, um sicherzustellen, dass das Lotvolumen, das in die Löcher gesaugt wird, vernachlässigbar bleibt. Dennoch erfahren kleine Durchkontaktierungen einen höheren thermischen Widerstand, sodass Sie mehr benötigen, um die entsprechende thermische Leistung zu erreichen.

Die andere Technik ist das Zelten auf der Rückseite der Motorsteuerungsplatine. Dabei wird die auf der Rückseite befindliche Öffnung im Lötstopplack beseitigt, so dass das Via vom Lötstopplack abgedeckt wird.

Das Via wird durch die Lötstoppmaske verschlossen, wenn das Via-Loch schmal ist; daher kann Lot nicht über die Platine wandern.

Was sind die Wege zur Ableitung der innerhalb der Motorsteuerungs-Leiterplatte erzeugten Wärme?

Eine wichtige Überlegung für die Wärmeleistung des Motortreibers sind die Wege, über die die im Inneren des Geräts erzeugte Wärme abgeführt werden kann.

Drei Hauptpfade für die Wärme vom Chip in Umgebungen mit niedrigerer Temperatur sind:

• Einkapselungsmaterial
• Bonddrähte
• Wärmeleitpad

Wärmeableitungspfade der Motorsteuerungsplatine

Unter Verwendung dieser drei Pfade als Beispiele ist das Wärmeleitpad der effizienteste Weg für die Wärmeableitung vom Gerät, gefolgt vom Verkapselungsmaterial und schließlich den Bonddrähten.

Die Technologie, die im integrierten Schaltungspaket des Wärmeleitpads verwendet wird, erzeugt einen Pfad mit niedrigem Wärmewiderstand vom Chip zu den externen Kupferebenen. Daher kann das Wärmeleitpad effizient eine große Wärmemenge von dem Chip wegleiten.

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

Das Wärmeleitpad sollte auch fest mit der unteren Masseebene verbunden sein, wobei mehrere Wärmedurchkontaktierungen direkt unter dem Wärmeleitpad platziert sind.

Durch die Verbindung der oberen und unteren Masseebene mit dem Wärmeleitpad des Treibers wird die Wärmemenge, die in einem PCB-Design abgeführt wird, erheblich verbessert. Aus diesem Grund sollten diese Ebenen im Layout so groß wie möglich gemacht werden.

Ist EMV-Konformität beim Design von Motorsteuerungs-PCBs unerlässlich?

Die EMV-Konformität sollte bei der Entwicklung neuer PCB-Anwendungen für die Motorsteuerung eine wichtige Überlegung sein. Es hilft, Projektkosten und Zykluszeiten zu reduzieren und Ressourcenverschwendung zu vermeiden, um EMV-Probleme nachträglich zu lösen.

Während ein gutes Motorsteuerungs-PCB-Layout die gleichen Herstellungskosten wie minderwertige verursacht, können die Kosten für Korrekturmaßnahmen hoch sein.

Daher sollten Sie während der Implementierungsphase des Hardwaredesigns Vorkehrungen treffen, um die Auswirkungen elektrostatischer Entladungen, schneller elektrischer 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 Schaltungsbereiche, Leiterbahnbreiten und -längen sowie ein korrektes Leiterbahn-Routing enthalten.

Dies kommt zusätzlich zur optimierten Konfiguration der verschiedenen Systemkomponenten und Stromquellen innerhalb des PCB-Bereichs hinzu.

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

Stellen Sie außerdem sicher, dass Sie das über die Versorgungsleitungen des Systems eingeführte Rauschen der elektrischen schnellen Transienten (EFT) korrekt ableiten.

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

Dies liegt daran, dass dies zu Bitfehlern in digitalen Schaltungen und zu einer schlechten Signalintegrität in analogen Schaltungen führen kann.

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

Schließlich sollten Sie elektrostatische Entladungen (ESD) vermeiden, die Bedingungen hervorrufen, die Komponenten dauerhaft zerstören können.

Sie tun dies, indem Sie Hardwarelösungen wie optimiertes PCB-Layout, Tiefpassfilter, Klemm- und Schutzdioden anwenden.

Was sind die EMI-Quellen in der Motorsteuerungs-Leiterplatte?

Elektromagnetische Interferenz ist die störende elektromagnetische Energie, die von einem elektronischen Gerät zum anderen übertragen wird. Dies kann sein:

• Wird geleitet, wenn es über eine Stromleitung übertragen wird
• Abgestrahlte Emission, wenn sie über den freien Raum übertragen wird

Zu den typischen EMI-Quellen in PCB-Geräten zur Motorsteuerung gehören:

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

In Mikrocontroller-basierten Systemen wie Motorsteuerungs-PCB erzeugt die Taktschaltung normalerweise das höchste Breitbandrauschen.

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

Die wichtigste EMI-Quelle in PCB-Anwendungen zur Motorsteuerung 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 Anteil an Oberwellen auf. Bei vielen Frequenzkomponenten enthalten die Signale das, was üblicherweise als Rauschen bekannt ist.

Das Rauschen kann leicht in umgebende Motorsteuerungs-PCB-Schaltkreise abgestrahlt oder geleitet werden, was zu deren Fehlfunktion führt.

Sie können Soft-Switching-Techniken und Snubber einsetzen, um die elektromagnetischen Interferenzen vom SMPS zu reduzieren.

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

Die entscheidenden Aspekte der Layoutstruktur, die einen erheblichen Einfluss auf elektromagnetische Störungen haben, sind:

• PCB: Wählen Sie die Größe, Art und Anzahl der Lagen (normalerweise kostenorientiert) der Leiterplatte
• Erdung: Wählen Sie die Erdungstopologie, die direkt mit der PCB-Auswahl verknüpft ist.
• Signale: Bestimmen Sie, welche Arten von Masse, Strom und Steuersignal für die erforderliche Motorsteuerungs-PCB-Funktionalität vorhanden sind.
• Koppelpfade (Übersprechen): Festlegung der bevorzugten Signalaustauschtechnik zwischen Funktionsblöcken (Trace-Routing). Bestimmen Sie auch, ob die meisten der konzentrierten Komponenten der Motorsteuerungs-PCB-Leiterplatte Durchgangsloch oder SMD sein werden.
• Komponentenplatzierung und -orientierung: Identifizieren Sie große Teile oder solche, die Kühlkörper benötigen, da sie möglicherweise Platzierungsbeschränkungen haben und eine besondere Behandlung benötigen.
• Abschirmung: Wenn andere Techniken zur Regulierung von EMI Ihre EMV-Grenzwerte oder -Ziele nicht erfüllen, überlegen Sie, wie Sie die Leiterplatte abschirmen können.

Wie minimieren Sie die Erdungsimpedanz in der Motorsteuerungsplatine?

Indem große Leiterplattenbereiche der Erde zugeordnet und Komponenten mit diesen Abschnitten über die kürzestmöglichen Wege verbunden werden, wird die Impedanz gegenüber dem Stromfluss verringert. Als Ergebnis verringert dies die Erdimpedanz.

Sie können Widerstand und Induktivität minimieren, indem Sie breite, kurze 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 die Motorsteuerungsplatine für Ihre PCB-Fertigung:

• 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 einen effizienten Betrieb.
• Dauerausgangsstrom: Der Strom, den die Motorsteuerplatine oft führt, ohne die Wärmegrenze zu überschreiten.
• Kommunikationsstandards: Zum Beispiel parallele und serielle Schnittstellen.
• Bustypen: Besteht aus Industriestandard-Architektur, fortschrittlicher Technologiebefestigung usw.
• Spitzenstromausgang: Die höchste praktische Stromabgabe für kurze Zeit.
• Motorsteuerungen: Der Frequenzbereich liegt zwischen 50 und 400 Hz.
• Ein-/dreiphasige Eingänge

Was sind die Anwendungen der Motorsteuerungsplatine?

Es gibt grenzenlose Anwendungen von Motorsteuerungs-Leiterplatten in den folgenden Bereichen:

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

Schauen wir uns einige spezifische Motorsteuerungs-PCB-Anwendungen an:

• Verbraucher-Fans

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

• Pumps

Hersteller integrieren DC-Motorsteuerungs-PCB, um Pumpen anzutreiben. Dies liegt an ihrer außergewöhnlichen Reaktion während der Bewegung und der Fähigkeit, die Geschwindigkeit zu variieren.

• Moderne Elektrofahrräder

Aktuelle Elektrofahrräder enthalten Gleichstrommotoren. Für diese Angelegenheit fand das DC-Motorsteuerungs-PCB-Gerät Anwendung in der Hinter- und Vorderradnabe, um die erforderlichen Leistungs- und Drehmomentniveaus zu erzeugen.

• Kinderspielzeug

Da die Spielzeuge unterschiedliche Geschwindigkeits- und Bewegungsniveaus benötigen, können sie durch die Integration der Motorsteuerungs-PCB die Anforderungen erfüllen.

• Moderne Elektrofahrzeuge

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

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