CN107396595A - 一种大功率伺服控制器布局布线设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种大功率伺服控制器布局布线设计方法属于功率伺服控制设计技术领域。本发明采用了分腔框架结构对功率驱动模块和伺服控制模块进行隔离，实现强电、弱电信号的隔离，伺服控制模块采用***式印制板组件和双母板结构进行互联，功率驱动模块通过薄膜电缆与内联母板互联，功率驱动模块采用基于铜排导线的布局布线，大大简化了大功率伺服控制器的装配工艺，解决大功率伺服控制器设计中狭小空间内的布局布线难题；同时利用铜排导线表面积大、载流能力强的优点，降低了大电流传输附加电感，可以有效提高伺服控制模型的准确性。该大功率伺服控制器布局布线方法可推广至所有大功率伺服控制器的设计。
Description
技术领域
本发明一种大功率伺服控制器布局布线设计方法属于功率伺服控制设计技术领域。
背景技术
随着功率伺服大功率、小型化的发展趋势，对伺服控制器的散热设计、布局布线设计等提出了更高的要求，传统大功率伺服控制器设计中大都存在强弱电互相干扰、大量散线连接、装配工艺复杂等缺点。为满足伺服控制器大功率、小型化的设计要求，急需解决在狭小空间内的散热和布局布线等问题。
针对以上难点问题，在大功率伺服控制器设计中采用双母板结构进行对内和对外的信号互联，采用分腔框架结构对功率驱动模块和伺服控制模块进行隔离，将功率驱动模块中的功率模块和器件独立安装于风道侧壁，采用中层风道强迫风冷对大功率器件和模块散热，驱动模块、功率器件和大功率电源连接器之间采用铜排导线和接线柱互联，伺服控制模块采用***式印制板组件和内联母板互联，功率驱动模块通过薄膜电缆与内联母板互联的布局布线方法，解决大功率伺服控制器设计中的散热问题，以及狭小空间内的布局布线难题，装配工艺性良好；同时利用铜排导线表面积大、载流能力强的优点，降低大电流传输附加电感，有效提高伺服控制模型的准确性。
发明内容
本发明的目的是解决大功率伺服控制器设计时的布局布线难题，实现大功率伺服控制设计时的功率驱动模块和伺服控制模块的隔离，简化大功率伺服控制器内部模块间的互联，实现狭小空间内大功率器件和模块的互联，优化大功率伺服控制器的装配工艺，同时降低大电流传输附加电感，提高大功率伺服控制模型的准确性。
本发明的技术方案：一种大功率伺服控制器布局布线设计方法，所述方法采取以下步骤：
1)根据设计需求，确定大功率伺服控制器的功率分布和对外电气接口；
2)确定大功率伺服控制器的整体结构，采用分腔框架结构将功率驱动模块和伺服控制模块隔开，在隔离强电、弱电的同时，采用中层风道强迫风冷完成功率器件的散热；
3)步骤2)中的功率驱动模块，包含三相功率模块、制动电阻、缓冲电容和驱动印制板组件，均独立固定安装于风道侧壁，功率驱动模块采用大功率电源连接器完成对外互联；
4)步骤2)中的伺服控制模块采用***式印制板组件和双母板结构，外联母板实现对外信号互联，内联母板实现对内信号互联，双母板通过立柱固定安装于前面板上，***式印制板组件完成伺服放大和二次电源转换功能；
5)根据步骤3)中的大功率电源连接器、三相功率模块、制动电阻、缓冲电容之间的布局，设计铜排导线和接线柱，将设计好的接线柱安装于器件或模块上，然后将铜排导线直接搭接固定于接线柱上，完成大功率电源连接器、三相功率模块、制动电阻、缓冲电容之间的信号互联；
6)将双母板固定安装于前面板，然后整个前面板部件固定安装于机箱框架上；
7)将功率驱动模块中驱动印制板组件甩出的薄膜电缆端连接器与内联母板上的对应连接器相对接并进行锁紧，完成功率驱动模块和伺服控制模块的信号互联，将大功率电源连接器固定安装于前面板；
8)将步骤5)中互联后的铜排导线的一端和大功率电源连接器焊接，完成功率驱动模块的对外信号互联；
9)将步骤(4)中的***式印制板组件***机箱框架中对应的导轨槽，***式印制板组件通过矩形连接器完成与内联母板的信号互联，用锁紧条将***式板组件和机箱锁紧；
10)安装机箱后盖板和侧盖板，完成整个大功率伺服控制器的装配和互联。
一种大功率伺服控制器布局布线设计方法，所述步骤2)中的分腔框架结构采用中层风道将机箱分隔成两部分，中层风道内嵌入散热翅片，整个分腔框架结构采用真空钎焊工艺，所述结构能够隔离功率驱动模块和伺服控制模块，并通过强迫风冷进行功率器件和模块的散热。
一种大功率伺服控制器布局布线设计方法，所述步骤4)中的双母板结构包含内联母板和外联母板，外联母板一侧采用圆形连接器完成对外信号互联，外联母板另一侧采用矩形连接器和内联母板互联；内联母板一侧采用矩形连接器和外联母板互联，另一侧采用矩形连接器和***式印制板组件互联。所述结构能够代替大功率伺服控制器内部线束连接，变线束连接为连接器对接，集中完成伺服控制器对内和对外的信号互联。
一种大功率伺服控制器布局布线设计方法，所述步骤4)中的***式印制板组件，根据设计需求，包含伺服放大印制板组件和二次电源印制板组件，***式印制板组件采用统一的结构和工艺外形，上下边缘安装锁紧条，***端采用弯插矩形连接器完成***式印制板板组件与内联母板的互联，锁紧条完成***式印制板组件在机箱中的锁紧和固定。
一种大功率伺服控制器布局布线设计方法，所述步骤5)中的铜排导线采用纯铜制作，用于密集布局时器件之间的互联；辅以接线柱，用来控制导线的空间走向，装配时只需用导线将其搭接固定。
本发明具有的优点和有益效果：本发明采用了分腔框架结构对功率驱动模块和伺服控制模块进行隔离，实现强电、弱电信号的隔离，伺服控制模块采用***式印制板组件和双母板结构进行互联，功率驱动模块通过薄膜电缆与内联母板互联，功率驱动模块采用基于铜排导线的布局布线，大大简化了大功率伺服控制器装配工艺，解决大功率伺服控制器设计中狭小空间内的布局布线难题；同时利用铜排导线表面积大、载流能力强的优点，降低了大电流传输附加电感，可以有效提高伺服控制模型的准确性。该大功率伺服控制器布局布线方法可推广至所有大功率伺服控制器的设计。
附图说明
图1为一种大功率伺服控制器布局布线设计示意图
其中，1-机箱骨架、2-内联母板、3-外联母板、4-前面板、5-大功率电源连接器、6-侧盖板、7-驱动印制板组件、8-铜排导线、9-制动电阻、10-接线柱、11-后盖板、12-缓冲电容、13-伺服放大印制板组件、14-中层风道、15-二次电源印制板组件、16-三相功率模块
具体实施方式
一种大功率伺服控制器布局布线设计方法，所述方法采取以下步骤：
1)根据设计需求，确定大功率伺服控制器的功率分布和对外电气接口；
2)确定大功率伺服控制器的整体结构，采用分腔框架结构将功率驱动模块和伺服控制模块隔开，在隔离强电、弱电的同时，采用中层风道强迫风冷完成功率器件的散热；
3)步骤2)中的功率驱动模块，包含三相功率模块、制动电阻、缓冲电容和驱动印制板组件，均独立固定安装于风道侧壁，功率驱动模块采用大功率电源连接器完成对外互联；
4)步骤2)中的伺服控制模块采用***式印制板组件和双母板结构，外联母板实现对外信号互联，内联母板实现对内信号互联，双母板通过立柱固定安装于前面板上，***式印制板组件完成伺服放大和二次电源转换功能；
5)根据步骤3)中的大功率电源连接器、三相功率模块、制动电阻、缓冲电容之间的布局，设计铜排导线和接线柱，将设计好的接线柱安装于器件或模块上，然后将铜排导线直接搭接固定于接线柱上，完成大功率电源连接器、三相功率模块、制动电阻、缓冲电容之间的信号互联；
6)将双母板固定安装于前面板，然后整个前面板部件固定安装于机箱框架上；
7)将功率驱动模块中驱动印制板组件甩出的薄膜电缆端连接器与内联母板上的对应连接器相对接并进行锁紧，完成功率驱动模块和伺服控制模块的信号互联，将大功率电源连接器固定安装于前面板；
8)将步骤5)中互联后的铜排导线的一端和大功率电源连接器焊接，完成功率驱动模块的对外信号互联；
9)将步骤(4)中的***式印制板组件***机箱框架中对应的导轨槽，***式印制板组件通过矩形连接器完成与内联母板的信号互联，用锁紧条将***式板组件和机箱锁紧；
10)安装机箱后盖板和侧盖板，完成整个大功率伺服控制器的装配和互联。
一种大功率伺服控制器布局布线设计方法，所述步骤2)中的分腔框架结构采用中层风道将机箱分隔成两部分，中层风道内嵌入散热翅片，整个分腔框架结构采用真空钎焊工艺，所述结构能够隔离功率驱动模块和伺服控制模块，并通过强迫风冷进行功率器件和模块的散热。
一种大功率伺服控制器布局布线设计方法，所述步骤4)中的双母板结构包含内联母板和外联母板，外联母板一侧采用圆形连接器完成对外信号互联，外联母板另一侧采用矩形连接器和内联母板互联；内联母板一侧采用矩形连接器和外联母板互联，另一侧采用矩形连接器和***式印制板组件互联。所述结构能够代替大功率伺服控制器内部线束连接，变线束连接为连接器对接，集中完成伺服控制器对内和对外的信号互联。
一种大功率伺服控制器布局布线设计方法，所述步骤4)中的***式印制板组件，根据设计需求，包含伺服放大印制板组件和二次电源印制板组件，***式印制板组件采用统一的结构和工艺外形，上下边缘安装锁紧条，***端采用弯插矩形连接器完成***式印制板板组件与内联母板的互联，锁紧条完成***式印制板组件在机箱中的锁紧和固定。
一种大功率伺服控制器布局布线设计方法，所述步骤5)中的铜排导线采用纯铜制作，用于密集布局时器件之间的互联；辅以接线柱，用来控制导线的空间走向，装配时只需用导线将其搭接固定。
本发明具有的优点和有益效果：本发明采用了分腔框架结构对功率驱动模块和伺服控制模块进行隔离，实现强电、弱电信号的隔离，伺服控制模块采用***式印制板组件和双母板结构进行互联，功率驱动模块通过薄膜电缆与内联母板互联，功率驱动模块采用基于铜排导线的布局布线，大大简化了大功率伺服控制器装配工艺，解决大功率伺服控制器设计中狭小空间内的布局布线难题；同时利用铜排导线表面积大、载流能力强的优点，降低了大电流传输附加电感，可以有效提高伺服控制模型的准确性。该大功率伺服控制器布局布线方法可推广至所有大功率伺服控制器的设计。
下面的结合附图对本发明进行详细的说明。
本发明的原理：一种大功率伺服控制器布局布线设计方法，其特征在于采用双母板结构进行对内和对外的信号互联，采用分腔框架结构对功率驱动模块和伺服控制模块进行隔离，将功率驱动模块中的功率模块和器件独立安装于风道侧壁，采用中层风道强迫风冷对大功率器件和模块散热，驱动模块、功率器件和大功率电源连接器之间采用铜排导线和接线柱互联，伺服控制模块采用***式印制板组件和内联母板互联，功率驱动模块通过薄膜电缆与内联母板互联的布局布线方法。所述方法采取以下步骤：
1、根据设计需求，确定整机的功率分布和对外电气接口；
2、确定大功率伺服控制器的整体结构，采用分腔框架结构将功率驱动模块和伺服控制模块，在隔离强电、弱电的同时，通过强迫风冷完成功率模块和器件的散热；
3、步骤2中分腔框架结构采用中层风道(14)将功率驱动模块和伺服控制模块隔开，功率驱动模块含驱动印制板组件(7)、制动电阻(9)、缓冲电容(12)、三相功率模块(16)，伺服控制模块含伺服放大印制板部件(13)、二次电源印制板组件(15)；
4、步骤3中的驱动印制板组件(7)、制动电阻(9)、缓冲电容(12)、三相功率模块(16)独立固定安装于中层风道(14)侧壁，功率驱动模块的对外互联采用大功率电源连接器(5)；
5、步骤2中的伺服控制模块采用***式印制板组件和双母板结构，外联母板(3)实现对外信号互联，内联母板(2)实现对内信号互联，双母板通过立柱固定安装于前面板(4)；
6、根据步骤4中驱动印制板组件(7)、制动电阻(9)、缓冲电容(12)、三相功率模块(16)和大功率电源连接器(5)的最终布局，设计铜排导线(8)和接线柱(10)，将设计好的接线柱(10)安装于驱动印制板组件(7)、制动电阻(9)、缓冲电容(12)、三相功率模块(16)上，然后将铜排导线(8)直接搭接固定于接线柱(10)，完成驱动印制板组件(7)、制动电阻(9)、缓冲电容(12)、驱动模块(16)之间的信号互联；
7、将内联母板(2)和外联母板(3)安装于前面板(4)，然后整个前面板部件固定安装于机箱框架(1)；
8、将驱动印制板组件(7)甩出薄膜电缆端连接器与内联母板(2)上对应连接器相对接并进行锁紧，完成功率驱动模块和伺服控制模块的信号互联，将大功率电源连接器(5)固定安装于前面板；
9、将步骤6中互联后的铜排导线(8)的一端和大功率电源连接器(5)焊接，完成功率驱动模块的对外信号互联；
10、将步骤5中的***式印制板组件，***对应导轨槽，通过一对矩形连接器与内联母板(2)互联，用锁紧条将***式印制板组件锁紧；
11、步骤10中的***式印制板组件包含但不限于伺服放大印制板组件(13)和二次电源印制板组件(15)；
12、安装机箱后盖板(11)和侧盖板(6)，完成整个大功率伺服控制器的装配和互联。
实施例一
某大功率伺服控制器对外电气连接采用2个信号连接器、1个二次电源连接器和2个大功率电源连接器，选用PM300RL1A060三相智能功率模块作为驱动模块，选用UPX600无感大功率电阻器作为制动电阻，选用CAK38Z-500V-200uF-M组合式钽电容作为缓冲电容。根据设计需求，采用单通道设计，伺服控制模块采用一个二次电源印制板组件和一个伺服放大板，对外互联采用双母板；功率驱动模块部分将三相智能功率模块、制动电阻和缓冲电容直接用螺钉安装于机箱风道侧壁，驱动印制板组件通过立柱安装于风道侧壁。驱动模块部分对外互联采用大功率电源连接器安装与机箱前面板，根据三相智能功率模块、制动电阻、缓冲电容和大功率电源连接器的相对位置，设计铜排导线和接线柱，将设计好的接线柱安装于器件接线端子上，然后将铜排导线搭接于接线柱，将与大功率电源连接器互联的铜排导线的一端焊接到大功率电源连接器焊线杯内，完成功率驱动模块一侧的布局布线和安装。将驱动印制板组件甩出薄膜电缆端连接器与内联母板上对应连接器对接并锁紧，完成功率驱动模块和伺服控制模块间的互联。伺服驱动模块一侧的伺服放大印制板组件和二次电源印制板组件组件直接***机箱框架对应导轨槽内，通过一对矩形连接器与内联母板互联，通过锁紧条将伺服放大印制板组件和二次电源印制板组件组件锁紧并固定于机箱导轨槽。安装机箱侧盖板和后盖板，完成整个大功率伺服控制器的安装。
实施例二
某大功率伺服控制器对外电气连接采用2个信号连接器、1个二次电源连接器和2个大功率电源连接器，选用CM150RX-24S1三相功率桥模块作为驱动模块，选用UPX600无感大功率电阻器作为制动电阻，选用CAK38Z-500V-200uF-M组合式钽电容为缓冲电容，选用SI60DC100大功率固体继电器，选用HXP200-3-100R中功率电阻器。根据设计需求，采用单通道设计，伺服控制模块采用一个二次电源印制板组件和一个伺服放大板，对外互联采用双母板；功率驱动模块部分将三相功率模块、制动电阻、中功率电阻器、大功率固体继电器和缓冲电容直接用螺钉安装于机箱风道侧壁，驱动印制板组件通过立柱安装于风道侧壁。驱动模块部分对外互联用大功率电源连接器安装与机箱前面板，根据三相功率模块、制动电阻、中功率电阻器、大功率固体继电器和缓冲电容和大功率电源连接器的相对位置，设计铜排导线和接线柱，将设计好的接线柱安装于器件接线端子上，然后将铜排导线搭接于接线柱，将与大功率电源连接器互联的铜排导线的一端焊接到大功率电源连接器焊线杯内，完成功率驱动模块一侧的布局布线和安装。将驱动印制板组件甩出薄膜电缆端连接器与内联母板上对应连接器对接并锁紧，完成功率驱动模块和伺服控制模块间的互联。伺服驱动模块一侧的伺服放大印制板组件和二次电源印制板组件组件直接***机箱框架对应导轨槽内，通过一对矩形连接器与内联母板互联，通过锁紧条将伺服放大印制板组件和二次电源印制板组件组件锁紧并固定于机箱导轨槽。安装机箱侧盖板和后盖板，完成整个大功率伺服控制器的安装。
Claims (5)
1.一种大功率伺服控制器布局布线设计方法，其特征在于，所述方法采取以下步骤：
1)根据设计需求，确定大功率伺服控制器的功率分布和对外电气接口；
2)确定大功率伺服控制器的整体结构，采用分腔框架结构将功率驱动模块和伺服控制模块隔开，在隔离强电、弱电的同时，采用中层风道强迫风冷完成功率器件的散热；
3)步骤2)中的功率驱动模块，包含三相功率模块、制动电阻、缓冲电容和驱动印制板组件，均独立固定安装于风道侧壁，功率驱动模块采用大功率电源连接器完成对外互联；
4)步骤2)中的伺服控制模块采用***式印制板组件和双母板结构，外联母板实现对外信号互联，内联母板实现对内信号互联，双母板通过立柱固定安装于前面板上，***式印制板组件完成伺服放大和二次电源转换功能；
5)根据步骤3)中的大功率电源连接器、三相功率模块、制动电阻、缓冲电容之间的布局，设计铜排导线和接线柱，将设计好的接线柱安装于器件或模块上，然后将铜排导线直接搭接固定于接线柱上，完成大功率电源连接器、三相功率模块、制动电阻、缓冲电容之间的信号互联；
6)将双母板固定安装于前面板，然后整个前面板部件固定安装于机箱框架上；
7)将功率驱动模块中驱动印制板组件甩出的薄膜电缆端连接器与内联母板上的对应连接器相对接并进行锁紧，完成功率驱动模块和伺服控制模块的信号互联，将大功率电源连接器固定安装于前面板；
8)将步骤5)中互联后的铜排导线的一端和大功率电源连接器焊接，完成功率驱动模块的对外信号互联；
9)将步骤(4)中的***式印制板组件***机箱框架中对应的导轨槽，***式印制板组件通过矩形连接器完成与内联母板的信号互联，用锁紧条将***式板组件和机箱锁紧；
10)安装机箱后盖板和侧盖板，完成整个大功率伺服控制器的装配和互联。
2.根据权利要求1所述的一种大功率伺服控制器布局布线设计方法，其特征在于，所述步骤2)中的分腔框架结构采用中层风道将机箱分隔成两部分，中层风道内嵌入散热翅片，整个分腔框架结构采用真空钎焊工艺，所述结构能够隔离功率驱动模块和伺服控制模块，并通过强迫风冷进行功率器件和模块的散热。
3.根据权利要求1所述的一种大功率伺服控制器布局布线设计方法，其特征在于，所述步骤4)中的双母板结构包含内联母板和外联母板，外联母板一侧采用圆形连接器完成对外信号互联，外联母板另一侧采用矩形连接器和内联母板互联；内联母板一侧采用矩形连接器和外联母板互联，另一侧采用矩形连接器和***式印制板组件互联。所述结构能够代替大功率伺服控制器内部线束连接，变线束连接为连接器对接，集中完成伺服控制器对内和对外的信号互联。
4.根据权利要求1所述的一种大功率伺服控制器布局布线设计方法，其特征在于，所述步骤4)中的***式印制板组件，根据设计需求，包含伺服放大印制板组件和二次电源印制板组件，***式印制板组件采用统一的结构和工艺外形，上下边缘安装锁紧条，***端采用弯插矩形连接器完成***式印制板板组件与内联母板的互联，锁紧条完成***式印制板组件在机箱中的锁紧和固定。
5.根据权利要求1所述的一种大功率伺服控制器布局布线设计方法，其特征在于，所述步骤5)中的铜排导线采用纯铜制作，用于密集布局时器件之间的互联；辅以接线柱，用来控制导线的空间走向，装配时只需用导线将其搭接固定。
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