发烫、烧板,电机驱动PCB布局有哪些讲究?

电机驱动 IC 传递大量电流的同时也耗散了大量电能。通常,能量会耗散到印刷电路板(PCB)的铺铜区域。为保证PCB充分冷却,需要依靠特殊的PCB设计技术。自己总结和整理的一些电机驱动IC 的PCB 设计的一般性建议如下:
1、使用大面积铺铜,由于 PCB 的基板材料是一种不良导热体,从热管理的角度来看,PCB的铺铜区域越多则导热越理想。
2、走线一定要宽—越宽越好,才能保证走线中的电阻不会产生过多的能量耗散而导致走线温度升高。可是太细的走线就像电熔丝一样很容易被烧断。
3、 热过孔-越多越好,可以有效帮助PCB散热,但也需要考虑实际生产中的诸多问题。
4、芯片底部会焊有大片散热焊盘。这里的焊盘直接连到晶元的背面,为器件散热。必须将焊盘很好地焊接到PCB上才能耗散功率。
5、电机驱动IC的元件贴装指南与其他电源IC相同。旁路电容应尽可能靠近器件电源引脚放置,且旁边需放置大容量电容。许多电机驱动IC会使用自举电容或充电泵电容,这些也应放在IC附近。
如有不足和建议,请私信我,谢谢指导。

针对发热这个问题,我感觉布板结合物理散热方式最好,器件散热主要还是得靠风扇把热散出去。

电机驱动PCB的布局在散热处理和功率转换控制方面非常关键。在布局时,必须充分考虑发热元件的分布,确保主要热源能够有效地散逸,以防止局部过热。对于高功率驱动,建议使用导热材料填充元件和PCB之间的空隙,以提高热传导效率。此外,适当增加PCB的厚度或使用多层PCB也能增强其散热能力。

在功率转换控制方面,布局应尽量减小信号路径的长度,以减少电磁干扰(EMI)。敏感元件应远离噪声源,且驱动元件应尽量靠近电机,以降低线路损耗。同时,要合理安排电源和接地线的布局,保证电源稳定且具有良好的抗干扰能力。

为了提高系统的可靠性,建议在PCB上设置检测点,用于监测电压、电流等参数,以便及时发现异常。此外,考虑到维护和升级的需求,PCB的布局应便于更换和扩展。

在具体的工艺上,选择优质的PCB材料和表面处理工艺也很重要。例如,高导热系数、低介电常数的材料能在保证电气性能的同时提高散热效果。而适当的表面处理则能增强PCB的耐热性和抗腐蚀性。

总的来说,电机驱动PCB的布局是一项复杂而细致的工作,需要综合考虑电气性能、散热需求和工艺要求。在实际操作中,建议借助专业软件进行模拟优化,以找到最优的布局方案。通过合理的布局,不仅能提高电机的驱动性能和稳定性,还能延长其使用寿命。

电机驱动因为涉及到大电流使用问题,免不了会出现发热和烧板问题,为了解决这些问题,在芯片设计和PCB布板时都要考虑。
在芯片设计端,现在厂家一般采用倒装工艺,加大晶圆和引脚的接触面积。还有现在大厂在推的芯片集成扇热片的方式,原来芯片上面是封装壳,现在是把上面换成金属扇热片,提高芯片自身的散热能力。
在PCB布板时,采用大电流走线尽量宽,尽量短,增加铺铜厚度等,在电流区域阻焊开窗,增加挂锡量等方式

  1. 电源和地的处理:确保电源和地的布线足够宽,这样可以降低电阻和电感,减少电源噪声和压降。使用多层 PCB 可以提供更好的电源和地平面,从而提高电源的稳定性。

2.散热考虑:发热元件,比如功率晶体管、MOSFET 等,应该靠近 PCB 边缘或散热片,这样有利于散热。使用散热过孔可以将热量传递到背面的金属基板或散热片上,提高散热效率。

3.信号走线:保持信号走线短而直接,避免长而曲折的走线,这样可以减少信号衰减和噪声。同时,要避免信号走线与电源或地平面的交叉,以减少干扰。

4.布局分区:将不同功能模块,比如电源部分、驱动部分、控制部分等,进行分区布局,这样有利于信号隔离和减少干扰。

  1. 元件布局:将高频元件,比如晶振、时钟等,与其他元件保持一定距离,这样可以减少高频信号对其他部分的干扰。

  2. 过孔设计:合理使用过孔,避免在电流较大的走线中使用过小的过孔,以免造成电阻过大导致发热。

  3. 走线宽度和间距:根据电流负载确定走线宽度,确保有足够的电流承载能力。保持走线之间的间距足够,这样可以避免寄生电容和电感的影响。

  4. 对称性和平衡性:对于双极性电机驱动,尽量保持电路布局的对称性和平衡性,这样可以减少共模噪声和不对称电流引起的问题。

9.EMI/EMC 考虑:在布局中添加适当的滤波器、屏蔽罩等措施,这样可以减少 EMI/EMC 干扰。

  1. 设计验证:在完成布局后,进行热分析和仿真,验证散热效果和电路性能,确保满足设计要求。

首先是电源与安全保护和散热问题,电机驱动PCB设计中,首先考虑要把电源供应线路和电源滤波电感与电容分离,来保证供电电路的稳定性和可靠性。同时还需要考虑过流、过压、过热等安全保护电路的设计,以确保系统安全运行。然后电机驱动芯片的选用和布局是整个驱动系统设计的基础。根据不同电机的驱动算法,选择不同类型的芯片,如半桥、全桥等。在芯片布局方面,需要考虑芯片的散热问题,尽可能使芯片放在散热效果良好的位置。在次电机驱动PCB设计中要注意减小电磁干扰,以避免对其它设备的干扰。例如,将高频数字信号和马达高压脉冲分隔开,采取良好的地域设计方法,避免地面环回造成电磁干扰。最后电机驱动的信号处理需要根据具体情况进行布线设计和串联调试。例如,数字信号和模拟信号布线的分离以及擦除纹波等。

电机驱动PCB布局需要考虑到多个因素,以防止发烫和烧板。以下是一些关键的布局注意事项:

元器件布局:

主电源回路:电机驱动器的主要电源回路包括电源输入、主开关管、二极管和滤波电容等。这些元件应尽量靠近放置,以缩短电源路径,减小线路电感和电阻,提高电源效率。同时,要确保电源线宽足够,以满足大电流的要求。
控制电路:控制电路包括驱动IC、光耦、运放等元件,这些元件应与主电源回路保持一定距离,以减小干扰。同时,要确保控制电路的布线尽可能短,以提高信号的传输速度和稳定性。
电感和变压器:电感和变压器是实现电机控制的重要元件,应尽量靠近PCB上的电源入口放置,以减小EMI干扰。同时,要确保电感和变压器的磁芯与PCB之间留有足够的空间,以便散热。

热设计:

大面积铺铜:由于PCB的基板材料(如FR-4玻璃环氧树脂)是不良导热体,使用大面积铺铜可以帮助提高导热效果。但需要注意的是,过厚的铜层可能会导致成本上升和加工难度增加。
散热器件:对于高功率电机驱动,需要考虑电源线和功率元件的散热问题。合理布局散热设备,如散热片、风扇等,以保持电源和元件的稳定工作。
走线宽度:由于流经电机驱动IC的电流可能很大(有时超过10A),因此走线宽度需要足够大以减小电阻和避免过热。设计师可以参考IPC-2221标准来计算合适的走线粗细。

信号传输:

信号线路优化:在PCB布局中,应尽量避免信号线路之间的串扰和干扰。可以通过合理布局信号线和采用屏蔽措施来减少电磁干扰的影响,提高信号传输的稳定性和可靠性。
输入与电平转换部分:对于输入信号线,需要注意电平转换和信号回流的问题。例如,通过适当的电阻连接地线可以防止大电流沿着连线流入单片机主板的地线造成干扰。

综上所述,电机驱动PCB布局需要综合考虑元器件布局、热设计、信号传输等多个方面,以确保电路的性能、稳定性和可靠性。在实际设计过程中,可能还需要根据具体的应用场景和需求进行调整和优化。

问了问师傅,师傅说了两个绝招,特地来分享给大家;

  • 分开大小功率模块化:大型工程和板子,在PCB布局上也是很考究的,尤其是多人共同参与的时候,控制信号部分和功率供电部分都要严格区分开,大家规划好,哪怕开会花了两天时间都是值得的,先把最难的骨头啃了。这时候分块的方法的确是非常好用的。

  • 先大后小反复尝试:有一句话在EMC和PCB layout上经久不衰:优化无极限。任何的板子似乎优化起来都是没有尽头的,要做到最优在时间和金钱成本上划不来啊。所以在开头着手layout时候就要考究一些,先把固定件,定位件定死(例如散热风扇,电源供电线,天线接口等需要和外面部件配合的器件)然后把他们锁住。大的元件受空间位置限制要优先考虑,有条件要做些3D的封装,尤其像是线圈啊电机啊什么的。大的完了再放小的,其中就是慢工出细活了,反复调反复改。都是这么过来的。根本没什么天才,你们老把那些半夜看书到三点的称为天才。

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正在学习pcb选材相关内容,小白一个,上次还测评了一个电源模块。

电源回路,MOS驱动寄生参数也是要重点考虑的。

之前刚好碰到发热的问题,做的温控电路板,功能都正常温控能做到0.01℃,但是芯片温度能到70℃,针对这个问题,查了好多资料,最后看到了MPS的 电机驱动解决方案产品手册,按照技术手册上的典型电路设计,尽量使电流路径均衡,避免了局部过热的情况。

PCB布局时,在发热较高的元器件区域增加铜箔的面积或者去绿漆(去绿漆地方镀锡),如果热量还是超过限值温度的话,可以在发热元器件上面增加散热片。

电机驱动PCB布局是保证其稳定运行的关键,特别是在面对高温、发热等环境时。首先,要确保电源和地线尽可能靠近,以减小线路的电阻,降低发热量。其次,功率元件如MOSFET、IGBT等应均匀分布在板子上,避免集中在某一点,这样能更好地散热。

对于高速运转的电机,布线时应尽量避免产生电磁干扰,因此信号线和电源线应尽量分开,并使用屏蔽层或地平面来隔离。同时,为了减少辐射噪声,可以使用阻抗匹配的方法来设计电路。

另外,电机驱动PCB布局时还需要考虑机械稳定性。例如,大电流元件应放在板的四角,以增强板子的抗弯曲能力。同时,为了防止热应力导致的板子翘曲,可以在板子底部添加散热片或散热设备。

总的来说,电机驱动PCB布局需要综合考虑电气性能、热设计和机械稳定性等多个因素,以确保电机的稳定运行和长寿命。

在电机驱动PCB布局中,元器件布局和热设计是两个至关重要的考虑因素,它们直接关系到驱动器的性能、稳定性和可靠性。
元器件布局:
主电源回路:主电源回路中的关键元件,如电源输入、主开关管、二极管和滤波电容,应尽可能靠近放置,以减少电源路径的长度,降低线路电感和电阻,从而提高电源效率。此外,为了确保大电流的顺畅流通,电源线宽也应足够。
控制电路:控制电路中的元件,如驱动IC、光耦、运放等,应与主电源回路保持适当的距离,以减少电磁干扰(EMI)。同时,控制电路的布线应尽量短,以提高信号传输的速度和稳定性。
电感和变压器:这些元件是实现电机控制的关键,应靠近PCB上的电源入口放置,以减少EMI干扰。同时,为确保散热效果,电感和变压器的磁芯与PCB之间应留有足够的空间。
电容:电容主要用于滤除电源中的高频噪声,应靠近负载端放置。选择具有低等效串联电阻(ESR)的电容,可以提高滤波效果。
热设计:
散热器:对于需要自然冷却的电机驱动器,选择合适的散热器至关重要。散热器的表面积应尽可能大,以提高散热效果。同时,散热器与驱动器上的热元件应紧密接触,并使用导热材料进行热传导。
散热孔和风扇:如果电机驱动器安装在密闭的环境中,应在驱动器的顶部或侧面设置散热孔或安装散热风扇,以确保热量能够及时散出。散热孔的位置和数量应根据实际情况进行合理设计。
导热材料:在热设计中,选择合适的导热材料非常重要。常用的导热材料包括导热垫、导热硅脂等。这些材料应均匀涂敷在热元件和散热器之间或填充在热元件和金属外壳之间,以提高导热效果。
温度检测:为确保电机驱动器的安全运行,应安装温度传感器对驱动器的温度进行实时监测。温度传感器应放置在关键热元件附近或直接接触驱动器外壳,以便及时检测到过热情况并采取相应措施。
冗余和备份设计:为提高电机驱动器的可靠性和稳定性,应对关键热元件和线路进行冗余和备份设计。例如,可以采用多个散热器或并联线路等方式来分散热量和降低单个元件或线路的故障风险。

发烫、烧板和电机驱动PCB布局都是在电路设计中需要注意的问题。需要注意以下几点:

  1. 发烫:在电路设计中,发烫是一个常见的问题,特别是在高功率电路或高频电路中。为了避免发烫问题,可以采取以下措施:
  • 合理选择元件:选择低功耗、高效率的元件,减少功耗和热量产生。
  • 优化散热设计:合理布局散热器、散热片等散热元件,提高散热效果。
  • 增加散热面积:增加散热面积可以提高散热效果,可以通过增加散热片、散热孔等方式实现。
  • 优化电路布局:合理布局电路元件,减少元件之间的热交换。
  1. 烧板:烧板是指在PCB制作过程中出现的问题,导致电路板无法正常工作。为了避免烧板问题,需要注意以下几点:
  • 合理选择材料:选择符合要求的PCB材料,如耐高温、耐腐蚀等特性。
  • 控制电流和功率:合理设计电路,控制电流和功率在规定范围内,避免过载。
  • 避免短路和开路:合理布局元件,避免元件之间的短路和开路问题。
  • 严格按照设计规范:按照设计规范进行PCB布局和制作,避免错误和失误。
  1. 电机驱动PCB布局:电机驱动PCB布局需要考虑以下几个方面:
  • 分离高低功率部分:将高功率部分和低功率部分分离布局,减少干扰。
  • 降低电磁干扰:合理布局电机驱动电路,减少电磁干扰对其他电路的影响。
  • 优化地线设计:合理设计地线,减少地线回流路径的长度,降低地线电阻。
  • 保持信号完整性:避免信号线与高功率线或高频线交叉,减少信号干扰。
    *减少布线长度:布线越长,电阻越大,发热量也越大。因此,应该尽可能减少布线长度,特别是电源线
    和信号线。
    *合理布局元器件:元器件的布局应该合理,避免相互干扰和散热不良。特别是功率器件,应该尽量远离其他元器件,以避免热量的相互传导。
    *使用高质量的元器件:使用高质量的元器件,如低阻抗的电容、电感和电阻,可以减少电路中的能量损耗,从而减少发热量。
    *增加散热面积:可以通过增加散热面积来降低电路的温度。例如,可以在 PCB 上增加散热片或散热孔,以增加散热面积。
    *合理设置电源滤波器:电源滤波器可以减少电路中的电磁干扰,从而减少发热量。
    *合理设置接地:合理设置接地可以减少电路中的电磁干扰,从而减少发热量。
    只有通过合理的布局和设计,才可以减少电路中的发热量,提高电路的可靠性和稳定性。

电机驱动PCB布局涉及到许多方面,包括电源供应、电路布局、散热等。其中需要注意以下几点:

  1. 分离地线:应该在PCB上分离电源和地线,避免高频噪声干扰引起电机电磁干扰。尽量在电路板上分开电机电源和驱动电源。
  2. 电机电源过滤:通过在电机电源线上添加滤波器,从电机和电源线上消除高频噪声干扰,改善电机运行质量和降低功率损耗。电源滤波器需让电流通过,但短路和过载情况下应该自动切断电流。
  3. 降低电路噪声:通过采用吸收电磁干扰的组件和降低电路噪声等方式,来减少电路中的干扰噪声,避免电机和电路之间的相互干扰。
  4. 散热设计:电机在工作过程中会产生一定的热量,必须考虑合适的散热方式,来降低电路板的温度、提高PCB的耐热性,并且保护电路板免受过热的损害。可以通过合理增加散热片面积、设置散热孔等方式来改善散热。
  5. 填充铜:利用PCB板内空间较小的特点,增加铜填充,加强导电和散热。可以将PCB的多余空间填满铜,使其能够承受更高的电流并具有更好的散热性能。
    总体而言,电机驱动PCB的设计需要充分考虑各种因素,来保证电路的稳定性、可靠性、耐久性和散热性能等,以减少发烫、烧板或其他故障的风险,保证电机驱动的稳定运行。

输入电源单独设计,好的输入电源是设备安全工作的根本。如果功率较大,电机驱动板设计尽量采用控制电路与功率驱动分离方式,功率器件利于单独安装散热器。

电机驱动器系统热设计的主要考虑因素如下:

• 散热焊盘连接是器件管芯进行热传导的最有效路径。

• 使用从散热焊盘到接地平面的连续顶层灌注方式。

• 尽可能使用 1.5oz 或 2oz 铜。

• 使用直接连接的散热过孔。

• 使用 7.874mil x 19.874mil 散热过孔尺寸以避免过多的焊料芯吸。

• 将散热过孔组成阵列,以尽可能减小平面之间的热阻

  1. 保持良好的散热设计:在板上设定散热通道和足够的散热面积,使用散热片或风扇进行主动散热。电源和驱动元件(如MOSFET或IGBT)应尽可能靠近板边,以利于热量的散发。
  2. 尽可能减小高电流路径长度:长的电流路径会增加电阻,产生更多的热量。元件应布局在对应的电源、负载近处,尽量减小这些最大电流路径的长度。
  3. 电流回路小:在设计布线时,应尽量使大电流的回路面积小,以降低电磁干扰。
  4. 元器件合理布局:驱动元件与元件之间的距离应保持安全距离,避免密集布局导致局部高温。
  5. 适当地布局电源滤波电容:电源滤波电容应尽可能接近电机驱动IC的电源引脚,减少噪声干扰。
  6. 主要功率元器件周边设计保护线:功率元器件的两端各自有一个或多个保护线,以防元器件采用宽电流线时造成的敲击。
  7. 根据需要使用多层板:在需要的情况下,可以使用多层板来分配不同的电源、信号和地层,这也有助于热量的分散。

电机驱动器上烧板一般是因为电路板的局部区域温升过高或者电路短路导致的,增加限流保护和散热措施,比如增加散热风扇可以减少烧板的风险。