เป็นไปตาม IPC-2221 / IPC-2152
กลับไปที่บล็อก
คู่มือวิศวกรรม17 เมษายน 256910 min อ่าน

วิธีปรับขนาดทองแดงสำหรับบอร์ดไดรเวอร์มอเตอร์

คำตอบแบบย่อ

สำหรับบอร์ดไดรเวอร์มอเตอร์ส่วนใหญ่ ให้เริ่มต้นด้วยทองแดงชั้นนอก 1 ออนซ์สำหรับต้นแบบ และเลื่อนไปที่ 2 ออนซ์เมื่อกระแสไฟฟ้าในเส้นทางต่อเนื่องสูงกว่าประมาณ 8-10A พื้นที่ในเส้นทางแคบ หรือแรงดันไฟฟ้าตกและการเพิ่มความร้อนสูงเกินไปโดยต้องเท 1 ออนซ์ในทางปฏิบัติ

ประเด็นสำคัญ

  • ขนาดทองแดงของตัวขับมอเตอร์จาก RMS หรือกระแสคงที่ ไม่ใช่กระแสสูงสุดทางการตลาดระยะสั้นเพียงอย่างเดียว
  • อินพุตแบตเตอรี่ เอาต์พุตฮาล์ฟบริดจ์ เส้นทางสับเปลี่ยน และลูปย้อนกลับสมควรได้รับเส้นทางทองแดงมากที่สุดและเส้นทางที่สั้นที่สุด
  • ทองแดง 2 ออนซ์จะกลายเป็นค่าเริ่มต้นที่ดีกว่าเมื่อความกว้าง 1 ออนซ์ดูอึดอัด อุณหภูมิตู้สูง หรือแรงดันตกคร่อมแคบ
  • ผ่านอาเรย์ แผ่นตัวเชื่อมต่อ การสับเปลี่ยน และการคอดาวน์มักจะล้มเหลวก่อนที่จะมีการติดตามเส้นตรงแบบยาว
สำหรับบอร์ดไดรเวอร์มอเตอร์ส่วนใหญ่ ให้เริ่มต้นด้วย ทองแดงชั้นนอก 1 ออนซ์สำหรับต้นแบบ 2 ออนซ์เมื่อกระแสเฟสต่อเนื่องสูงกว่าประมาณ 8-10A ต่อเส้นทางหรือพื้นที่เส้นทางคับแคบ และการติดตามขนาดจากกระแส RMS จริง อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นที่อนุญาต และงบประมาณการลดแรงดันไฟฟ้า แทนที่จะติดตามขนาดจากกระแสสูงสุดเพียงอย่างเดียว
ค่าเริ่มต้นที่ใช้งานได้สำหรับตัวควบคุม BLDC, สเต็ปเปอร์ และ DC แบบมีแปรงถ่านคือการเก็บอินพุตแบตเตอรี่ เอาต์พุตแบบฮาล์ฟบริดจ์ การส่งคืนการรับรู้กระแส และเส้นทางการฟื้นฟูบนเลเยอร์ภายนอกที่มีการวนซ้ำแบบสั้น การเททองแดงแบบเย็บ และเพียงพอผ่านการนับเพื่อให้ตรงกับหน้าตัดของการติดตาม ใช้ เครื่องคำนวณการติดตามความกว้าง, ผ่านเครื่องคำนวณปัจจุบัน และ เครื่องคำนวณการติดตาม FR4 ร่วมกัน เนื่องจากความน่าเชื่อถือของตัวขับมอเตอร์มักจะถูกจำกัดด้วยความร้อน ปัญหาคอขวดที่การเปลี่ยนแปลงของเลเยอร์ และความสมมาตรของเลย์เอาต์มากกว่าส่วนการติดตามเส้นตรงเพียงส่วนเดียว

คุณควรเริ่มต้นด้วยทองแดงขนาดใด

แผงไดรเวอร์มอเตอร์ไม่ได้เดินสายเหมือน PCB ควบคุมสัญญาณขนาดเล็ก ทองแดงวิกฤตต้องส่งกระแสเฟส รอดจากกระแสที่สร้างใหม่ได้ และรักษาแรงดันไฟฟ้าที่ลดลงให้ต่ำเพียงพอที่ MOSFET, สับเปลี่ยน, ตัวเชื่อมต่อ และจ่ายไฟทั้งหมดทำงานคาดเดาได้ภายใต้โหลด
สำหรับผู้ซื้อและวิศวกรในการเปรียบเทียบสแต็คอัพ การตัดสินใจครั้งแรกมักจะไม่ใช่ความกว้างของการติดตามที่แน่นอน ไม่ว่า ทองแดง 1 ออนซ์ที่มีการรินที่กว้างขึ้น จะยังคงใช้งานได้จริงหรือไม่ หรือ ทองแดง 2 ออนซ์ เป็นวิธีที่สะอาดกว่าในการเข้าถึงเป้าหมายความทึบแสงและความร้อนโดยไม่ต้องเปลี่ยนบอร์ดให้ลดการกำหนดเส้นทางหรือไม่
จุดเริ่มต้นในทางปฏิบัติสำหรับทองแดงของบอร์ดควบคุมมอเตอร์
สถานการณ์ของคณะกรรมการการเริ่มต้นที่แนะนำทำไม
ต้นแบบหรือตัวควบคุมกระแสต่ำสูงถึงประมาณ 5A ต่อเนื่องต่อเส้นทางทองแดงด้านนอก 1 ออนซ์ที่มีการรินกว้างต้นทุนต่ำสุดและการผลิตที่ง่ายที่สุด ความหนาแน่นของเส้นทางยังคงสมเหตุสมผล
ตัวขับมอเตอร์ขนาดกะทัดรัด 12V ถึง 48V ที่ 5A ถึง 10A ต่อเนื่อง1 ออนซ์หรือ 2 ออนซ์ ขึ้นอยู่กับพื้นที่กระดานหากมีพื้นที่ว่าง 1 ออนซ์ก็สามารถใช้ได้ หากกระดานมีคนหนาแน่น 2 ออนซ์จะลดความกว้างที่ต้องการ
เฟส แบตเตอรี่ หรือเส้นทางเบรกที่สูงกว่าประมาณ 8A ถึง 10A ต่อเนื่องทองแดงด้านนอก 2 ออนซ์โดยปกติแล้วจะเป็นค่าเริ่มต้นที่ปลอดภัยกว่าสำหรับอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นและระยะขอบแรงดันไฟฟ้าตก
อินเวอร์เตอร์กระแสสูงแบบยั่งยืน หุ่นยนต์ หรือขั้นตอนกำลังของยานยนต์ทองแดงด้านนอก 2 ออนซ์บวกระนาบ/เทและจุดแวะแบบขนานกระแสไฟฟ้าสูงไม่ค่อยเหมาะกับร่องแคบ การแพร่กระจายของกระแสจะช่วยลดจุดร้อน
หากน้ำหนักทองแดงยังคงเปิดอยู่ ให้ตรวจสอบคำแนะนำทองแดง 0.5 ออนซ์ vs 1 ออนซ์ และ 2 ออนซ์ ก่อนที่จะล็อคสแต็กการแปรรูป

ขนาดจากปัจจุบัน RMS ไม่ใช่กระแสการตลาดสูงสุด

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยที่สุดประการหนึ่งของไดรเวอร์มอเตอร์คือการกำหนดขนาดทองแดงจากตัวเลขกระแสไฟกระชากสั้นๆ บนแผ่นผลิตภัณฑ์ การทำความร้อนด้วยทองแดงติดตาม กระแส RMS และรอบการทำงาน ในขณะที่ความเค้นของส่วนประกอบและเหตุการณ์การป้องกันอาจถูกกำหนดโดยกระแสสูงสุด คุณต้องมีทั้งสองตัวเลข แต่เรขาคณิตของการติดตามและการเทควรเริ่มต้นจากกรณีที่ต่อเนื่อง
บอร์ดที่ทนกระแสไฟ 20A เป็นเวลา 200 มิลลิวินาที ยังคงมีความร้อนมากเกินไปได้ หากส่งกระแสไฟ 8A RMS เป็นเวลานาทีภายในตู้ที่ปิดสนิท นี่คือเหตุผลว่าทำไมจึงต้องกำหนดโปรไฟล์ปัจจุบัน อุณหภูมิโดยรอบ การไหลเวียนของอากาศ และอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นที่อนุญาตก่อนที่คุณจะแช่แข็งทองแดง
  • ใช้ RMS หรือกระแสต่อเนื่องกรณีที่แย่ที่สุด สำหรับการติดตามและการเทขนาด
  • ตรวจสอบกระแสไฟฟ้าสูงสุดแยกกันสำหรับปัญหาคอขวดสั้นๆ เช่น การสับเปลี่ยน ขั้วต่อ คอดาวน์ และจุดแวะ
  • รวมเส้นทางกระแสไฟฟ้าที่สร้างใหม่ จากมอเตอร์กลับไปสู่ความจุรวมหรืออินพุตแหล่งจ่ายไฟ
  • แรงดันงบประมาณลดลงในช่วงต้น; ระบบมอเตอร์แรงดันต่ำมักจะรู้สึกถึงการสูญเสียทองแดงก่อนที่จะถึงขีดจำกัดความร้อนสัมบูรณ์
คำแนะนำ: หากการออกแบบต่ำกว่า 24V ให้รักษาเป้าหมายการลดแรงดันไฟฟ้าไว้อย่างชัดเจน ไม่กี่สิบมิลลิโวลต์ทั่วทั้งฟีดแบตเตอรี่ เส้นทางเฟส หรือความรู้สึกกระแสกลับสามารถเปลี่ยนแรงบิดเริ่มต้น ความแม่นยำในการวัดกระแส และสมดุลความร้อนได้อย่างมาก

เส้นทางใดที่ต้องการทองแดงมากที่สุด

ไม่ใช่ทุกตาข่ายบนบอร์ดควบคุมมอเตอร์ที่ต้องการการดูแลแบบเดียวกัน ลำดับความสำคัญอยู่ที่ลูปกระแสสูง ไม่ใช่ทุกร่องรอยที่เชื่อมต่อกับสเตจกำลัง เน้นงบประมาณทองแดงที่ความร้อน แรงดันไฟฟ้าตก และกระแสสลับมีความเข้มข้นจริงๆ
ลำดับความสำคัญของทองแดงของตัวขับมอเตอร์
เส้นทางลำดับความสำคัญคำแนะนำเค้าโครง
อินพุตแบตเตอรี่หรือบัส DCสูงมากใช้การเทภายนอกที่สั้นและกว้าง เก็บตัวเก็บประจุจำนวนมากและสะพาน MOSFET ไว้ด้วยกันอย่างแน่นหนา
ฮาล์ฟบริดจ์ไปยังเอาท์พุตเฟสมอเตอร์สูงมากชอบเทแบบกว้างๆ บนเส้นทางยาวๆ ทำให้ทั้งสามเฟสมีเรขาคณิตคล้ายกัน
เส้นทางแบ่งความรู้สึกปัจจุบันสูงหลีกเลี่ยงการคอดาวน์ใกล้กับตัวแบ่งและแยกกระแสแรงออกจากการกำหนดเส้นทางการรับรู้ของเคลวิน
การส่งคืนกราวด์ระหว่างบริดจ์, สับเปลี่ยน และตัวเก็บประจุอินพุตสูงมากวงนี้มักจะเป็นจุดคอขวดด้านความร้อนและ EMI ที่แท้จริง ทำให้มีขนาดกะทัดรัดและมีความต้านทานต่ำ
เกตไดรฟ์และกำลังลอจิกต่ำถึงปานกลางกำหนดเส้นทางให้เรียบร้อย แต่อย่าเปลืองงบประมาณทองแดงกระแสสูงไปกับเครือข่ายควบคุม
สำหรับเลย์เอาต์ของยานยนต์และหุ่นยนต์ เครื่องคิดเลข PCB สำหรับยานยนต์ และ คู่มือการออกแบบ PCB สำหรับควบคุมหุ่นยนต์ ถือเป็นหน้าร่วมที่มีประโยชน์ เนื่องจากหน้าเหล่านี้กำหนดกรอบความน่าเชื่อถือ การโหลดชั่วคราว และระเบียบวินัยเส้นทางย้อนกลับเกี่ยวกับฮาร์ดแวร์ควบคุมจริง

ขั้นตอนการทำงานในการกำหนดขนาดที่เป็นประโยชน์สำหรับวิศวกรและผู้ซื้อ

  1. กำหนดกระแสที่ยั่งยืนต่อเส้นทาง ไม่ใช่แค่ระดับสูงสุดของตัวขับ IC
  2. กำหนดงบประมาณการลดแรงดันไฟฟ้าสำหรับอินพุตแบตเตอรี่ เส้นทางเฟส และเส้นทางส่งคืนตามแรงดันไฟฟ้าของระบบและความไวของแรงบิด
  3. เลือกการกำหนดเส้นทางเลเยอร์ภายนอกสำหรับทองแดงที่มีกระแสสูงสุดทุกครั้งที่เป็นไปได้
  4. เลือกทองแดง 1 ออนซ์หรือ 2 ออนซ์ตามพื้นที่บอร์ดที่มีอยู่ ความหนาแน่นกระแส และขีดจำกัดของ fab
  5. คำนวณความกว้างของรางหรือเทด้วยเครื่องคำนวณความกว้างของราง โดยใช้สมมติฐานอุณหภูมิโดยรอบและการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิที่สมจริง
  6. ตรวจสอบทุกเลเยอร์การเปลี่ยนแปลงด้วย ผ่านเครื่องคิดเลขปัจจุบัน; ช่อง via ต้องตรงกับความจุปัจจุบันของร่องรอยหรือเทอาหารลงไป
  7. ยืนยันว่าการคอดาวน์ที่ทางแยก ขั้วต่อ แผ่นฟิวส์ และจุดทดสอบจะไม่กลายเป็นปัญหาคอขวดใหม่
  8. ตรวจสอบความสามารถในการผลิต: ทองแดงที่หนักกว่าจะเพิ่มปริมาณการติดตาม/พื้นที่ขั้นต่ำ และสามารถเพิ่มต้นทุนและรูปแบบการแกะสลักได้
จุดตรวจสอบผู้ซื้อ: หากซัพพลายเออร์บอกว่าบอร์ดเป็นทองแดง 2 ออนซ์ แต่ใบเสนอราคายังรับประกันการกำหนดเส้นทางแบบละเอียดและการผลิตมาตรฐานที่มีต้นทุนต่ำ ให้ตรวจสอบกฎการติดตาม/พื้นที่ขั้นต่ำจริงและกฎวงแหวน การกำหนดเส้นทางทองแดงจำนวนมากและหนาแน่นมักจะชนกัน

เมื่อใด 1 ออนซ์ก็เพียงพอแล้ว และเมื่อใด 2 ออนซ์คือคำตอบที่ดีกว่า

1 ออนซ์ยังคงสมเหตุสมผลเมื่อ

  • กระแสไฟฟ้าต่อเนื่องต่อเส้นทางมีความพอประมาณ และบอร์ดมีพื้นที่สำหรับเทน้ำได้กว้างขึ้น
  • โปรเจ็กต์อยู่ในต้นแบบหรือปริมาณที่คำนึงถึงต้นทุน และคุณต้องการการประดิษฐ์ที่ง่ายขึ้น
  • ตัวขับเกทแบบละเอียด, MCU หรือการกำหนดเส้นทางหลบหนีการตรวจจับจะมีอิทธิพลเหนือเลย์เอาต์
  • กลยุทธ์ด้านความร้อนขึ้นอยู่กับพื้นที่ของทองแดง จุดผ่าน การไหลเวียนของอากาศ และการระบายความร้อนมากกว่าความหนาของทองแดงเพียงอย่างเดียว

เลื่อนไปที่ 2 ออนซ์ เมื่อ

  • คุณต่อสู้กับข้อจำกัดด้านความกว้างรอบๆ MOSFET, shunts, ตัวเชื่อมต่อ หรือเทอร์มินัลขอบบอร์ด
  • กระแสน้ำต่อเนื่องสูงพอที่รูปทรง 1 ออนซ์จะดูอึดอัดหรือออกทางเบี่ยงยาว
  • ตัวเครื่องร้อน ปิดผนึก หรือมีแรงสั่นสะเทือนสูง และคุณต้องการระยะขอบด้านความร้อนและกลไกมากขึ้น
  • คุณต้องการการสูญเสียความต้านทานที่ลดลงโดยไม่ทำให้ทุกเส้นทางของกำลังกว้างขึ้นอย่างมาก
หากคุณกำลังตัดสินใจระหว่างทองแดงที่บางกว่าและหนากว่าบนสแต็กอัพเดียวกัน ให้เปรียบเทียบการแลกเปลี่ยนระหว่างการกำหนดเส้นทางและการผลิตกับคำแนะนำเลเยอร์ภายในและภายนอก และบทความการเปรียบเทียบน้ำหนักทองแดง

โหมดความล้มเหลวทั่วไปที่ต้องตรวจจับก่อนเผยแพร่

ข้อผิดพลาด 1: กำหนดขนาดเส้นตรงแต่ไม่สนใจปัญหาคอขวด แผงไดรเวอร์มอเตอร์มักจะล้มเหลวที่แผ่นตัวเชื่อมต่อ ฟิวส์แลนด์ สับเปลี่ยน จุดผ่าน และบริเวณหลบหนีของ MOSFET ก่อนที่จะล้มเหลวบนส่วนที่ยาวของทองแดงอย่างง่าย
ข้อผิดพลาด 2: กำหนดเส้นทางเส้นทางขาออกอย่างไม่เห็นแก่ตัวแต่อดอยากเส้นทางกลับ กระแสวนความร้อนเป็นระบบ หากด้านใดด้านหนึ่งได้รับพื้นที่ทองแดง อุณหภูมิจริงที่เพิ่มขึ้นและ EMI ก็อาจยังคงต่ำอยู่
ข้อผิดพลาด 3: ถือว่า Vias เป็นอิสระ การเทชั้นบนสุดที่กว้างซึ่งพุ่งผ่าน Vias น้อยเกินไปเข้าไปในระนาบด้านในจะสร้าง choke point ในปัจจุบัน ปรับขนาดฟิลด์ via ด้วย ผ่านเครื่องคิดเลข เสมอ
ข้อผิดพลาด 4: การเลือกทองแดง 2 ออนซ์เพื่อแก้ไขปัญหาความร้อนซึ่งเป็นปัญหาของเลย์เอาต์จริงๆ การจัดวางตัวเก็บประจุที่ดีขึ้น ลูปสั้นลง การเทที่กว้างขึ้น และการแบ่งปันทองแดงมากขึ้น มักมีความสำคัญมากกว่าการกระโดดตรงไปยังทองแดงที่มีน้ำหนักมาก

รายการตรวจสอบด่วนก่อนที่คุณจะส่งบอร์ดออก

รายการตรวจสอบทองแดงของไดรเวอร์มอเตอร์
จุดตรวจผ่านเป้าหมายเหตุผล
กำหนดกระแสต่อเนื่องRMS หรือกระแสที่ยั่งยืนบันทึกไว้สำหรับแต่ละเส้นทางที่มีกระแสสูงป้องกันการปรับขนาดจากตัวเลขต่อเนื่องที่ไม่สมจริง
กำหนดงบประมาณแรงดันไฟตกตรวจสอบการสูญเสียอินพุตและส่งคืนแล้ว โดยเฉพาะที่ต่ำกว่า 24Vปกป้องแรงบิดและความแม่นยำในการตรวจจับกระแสไฟฟ้า
เส้นทางปัจจุบันสูงสุดบนชั้นนอกใช่ในทางปฏิบัติปรับปรุงการระบายความร้อนและช่วยให้ทองแดงกว้างขึ้น
เลือกผ่านการเปลี่ยนภาพแล้วความจุของอาเรย์ตรงกับความจุของเส้นทางทองแดงหลีกเลี่ยง chokepoints ปัจจุบันที่ซ่อนอยู่
ตรวจสอบการกำหนดเส้นทาง Shunt แล้วบังคับกระแสและความรู้สึกเคลวินแยกออกจากกันลดข้อผิดพลาดในการวัดและการทำความร้อนเฉพาะจุด
น้ำหนักทองแดงยืนยันด้วย fabสแต็คอัพและกฎขั้นต่ำตรงกับใบเสนอราคาหลีกเลี่ยงความประหลาดใจของ DFM ในนาทีสุดท้าย

คำแนะนำขั้นสุดท้าย

สำหรับบอร์ดไดรเวอร์มอเตอร์ส่วนใหญ่ ให้เลือกทองแดงตามกระแสไฟฟ้าในเส้นทางต่อเนื่อง งบประมาณการลดแรงดันไฟฟ้า และพื้นที่เส้นทางที่มีอยู่ เริ่มต้นด้วย 1 ออนซ์บนชั้นนอกสำหรับการออกแบบกระแสน้ำระดับต่ำถึงปานกลาง แต่ย้ายไปที่ 2 ออนซ์เมื่อกระแสน้ำต่อเนื่อง อุณหภูมิตู้ หรือแรงดันในพื้นที่ทำให้ 1 ออนซ์เทลำบาก
ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดมักจะไม่ใช่ร่องรอยขนาดใหญ่เพียงเส้นเดียว มันเป็นเส้นทางพลังงานที่สมดุล: ลูปสั้น, การเทแบบกว้าง, จุดแวะแบบขนานที่เพียงพอ, ปัญหาคอขวดที่ได้รับการควบคุม และอินพุตเครื่องคิดเลขที่สมจริง ใช้ เครื่องคำนวณความกว้างของการติดตาม, ผ่านเครื่องคิดเลขปัจจุบัน และ เครื่องคิดเลข FR4 ร่วมกันก่อนที่คุณจะปล่อยกระดาน
แท็ก
Motor Driver PCBCopper WeightHigh Current PCBPower ElectronicsPCB Layout

เครื่องมือและทรัพยากรที่เกี่ยวข้อง

บทความที่เกี่ยวข้อง

คำถามที่พบบ่อยแบบย่อ

ฉันควรใช้ทองแดง 1 ออนซ์หรือ 2 ออนซ์บน PCB ไดรเวอร์มอเตอร์

ใช้ 1 ออนซ์เมื่อกระแสไฟต่อเนื่องอยู่ในระดับปานกลาง และบอร์ดมีพื้นที่สำหรับการเทที่กว้างขึ้น ย้ายไปที่ 2 ออนซ์เมื่อกระแสไฟต่อเนื่องสูงกว่า 8-10A โดยประมาณ พื้นที่บอร์ดคับแคบ หรือคุณต้องการการสูญเสียที่น้อยลงและระยะขอบความร้อนมากขึ้นโดยไม่มีความกว้างมากเกินไป

ฉันต้องกำหนดขนาดการติดตามตัวขับมอเตอร์จากกระแสสูงสุดหรือกระแสต่อเนื่องหรือไม่

เริ่มจาก RMS หรือกระแสไฟฟ้าต่อเนื่องกรณีที่เลวร้ายที่สุดสำหรับการทำความร้อนด้วยทองแดง จากนั้นตรวจสอบกระแสไฟฟ้าสูงสุดแยกกันสำหรับปัญหาคอขวดที่สั้น เช่น สับเปลี่ยน ขั้วต่อ จุดแวะ และแผ่นฟิวส์

ส่วนใดของบอร์ดไดรเวอร์มอเตอร์ที่ต้องการทองแดงที่กว้างที่สุด

จัดลำดับความสำคัญของอินพุตแบตเตอรี่หรือบัส DC, เอาต์พุตเฟสฮาล์ฟบริดจ์, เส้นทางกระแสสับเปลี่ยน และลูปส่งคืนระหว่างบริดจ์และตัวเก็บประจุขนาดใหญ่ เส้นทางเหล่านั้นมีอิทธิพลเหนือความร้อน การสูญเสีย และการเปลี่ยนแปลงความเครียดในปัจจุบัน

เหตุใด Vias จึงมีความสำคัญกับบอร์ดไดรเวอร์มอเตอร์กระแสสูง

การเทแบบกว้างยังคงอาจทำให้เกิดปัญหาคอขวดผ่านจุดแวะน้อยเกินไปในการเปลี่ยนเลเยอร์ สนามผ่านจะต้องนำกระแสไฟฟ้าเดียวกันกับเส้นทางทองแดงที่ป้อนเข้าไป ไม่เช่นนั้นความร้อนและแรงดันตกคร่อมในพื้นที่จะรวมตัวกันอยู่ที่นั่น

พร้อมคำนวณแล้วหรือยัง?

นำความรู้ของคุณไปใช้จริงด้วยเครื่องคำนวณการออกแบบ PCB ฟรีของเรา