DE102014016248B4 - Printed circuit board with at least one four-pole current measuring element - Google Patents
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Abstract
Leiterplatte (1) mit mindestens einem (Vierpol-)Strommesselement (20), welches aus mindestens einem Hochstromleiter (5) besteht, der mit zwei beabstandeten Stromanschlüsse (6, 7) verbunden ist, zwischen welchen zwei beabstandete Messanschlüsse (3, 4) angeordnet sind, wobei das (Vierpol-) Strommesselement (20) als Shunt ausgebildet ist und in den Aufbau der Leiterplatte (1) integriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte mindestens eine Kupfer-Innenlage (2) aufweist, welche mindestens im Bereich der Stromanschlüsse (6, 7) und der Messanschlüsse (4, 5) mit dem Hochstromleiter (5) kontaktiert ist.Circuit board (1) with at least one (four-pole) current measuring element (20), which consists of at least one high-current conductor (5) which is connected to two spaced power connections (6, 7), between which two spaced measurement connections (3, 4) are arranged where the (four-pole) current measuring element (20) is designed as a shunt and is integrated into the structure of the printed circuit board (1), characterized in that the printed circuit board has at least one copper inner layer (2) which is at least in the area of the power connections (6, 7) and the measuring terminals (4, 5) are in contact with the high-current conductor (5).
Description
Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte mit mindestens einem VierpolstromMesselement.The invention relates to a circuit board with at least one four-pole current measuring element.
Leiterplatten, also Printed Circuit Board (PCBs), Printed Wiring Board (PWBs), Platine oder gedruckte Schaltung werden zur Verdrahtung bzw. elektrischen Verbindung und zur mechanischen Befestigung von elektrischen bzw. elektronischen Komponenten (el. Komponenten bzw. el. Bauteile) verwendet. Die elektrischen Bauteile werden hierzu radial in die Löcher der Leiterplatte mechanisch befestigt und elektrisch kontaktiert. Ferner können sie auf der Oberfläche montiert (surface mount technology SMT bzw. surface mount devices SMD) oder in Innenlagen vergraben werden (burried components).Printed circuit boards, ie Printed Circuit Boards (PCBs), Printed Wiring Boards (PWBs), circuit boards or printed circuits are used for wiring or electrical connection and for mechanically fastening electrical or electronic components (el. Components or el. Parts). For this purpose, the electrical components are mechanically fastened radially in the holes of the printed circuit board and electrically contacted. They can also be mounted on the surface (surface mount technology SMT or surface mount devices SMD) or buried in inner layers (burried components).
Die fortschreitende Entwicklung der Leiterplatten zeigt zum einen, dass die el. Bauteile immer kleiner und komplexer werden, was zu einer hohen Erwärmung führt. Somit steigt der Bedarf nach Ableitung der Verlustwärme der el. Bauteile stetig an. Des Weiteren werden immer höhere Ströme auf relativ kleinen Leiterplattenflächen vorgesehen bzw. benötigt. Das Einsatzgebiet hierfür kann beispielsweise ein modernes LED-Element im EV (Electro Vehicle) Bereich oder allg. in der Leistungselektronik sein. Es müssen daher die Kupferquerschnitte der Verdrahtungsstrukturen auf und in Leiterplatten auf die geplanten Ströme dimensioniert werden, so dass die Erwärmung der Kupferleitungen an sich innerhalb geplanter Grenzen bleibt. Ferner werden die Kupferstrukturen aktiv zur Ableitung der Verlustwärme von el. Bauteilen verwendet.On the one hand, the progressive development of printed circuit boards shows that the electrical components are becoming smaller and more complex, which leads to high temperatures. Thus, the need to dissipate the heat loss of the electrical components is constantly increasing. Furthermore, higher and higher currents are provided or required on relatively small printed circuit board areas. The area of application for this can be, for example, a modern LED element in the EV (Electro Vehicle) sector or in power electronics in general. The copper cross-sections of the wiring structures on and in printed circuit boards must therefore be dimensioned for the planned currents so that the heating of the copper lines themselves remains within planned limits. Furthermore, the copper structures are actively used to dissipate heat loss from electrical components.
Neben der Dickkupfertechnik mit Kupfer-Strukturen von typisch 200 µm bis 400 µm Kupferdicke (ätztechnisch hergestellt und/oder galvanisch verstärkt) und der Integration von gestanzten Kupferstrukturen in Leiterplatten wurde eine Hochstrom- und Wärmemanagement-Leiterplattentechnologie auf Basis von mittels Ultraschall flächig und semi-kalt kontaktierter Dickkupferelemente (Profil-Legetechnik) auf übliche ätztechnisch hergestellte Kupferstrukturen entwickelt.In addition to the thick copper technology with copper structures of typically 200 µm to 400 µm copper thickness (manufactured by etching and/or galvanically reinforced) and the integration of stamped copper structures in circuit boards, a high-current and heat management circuit board technology based on ultrasonic flat and semi-cold technology was developed contacted thick copper elements (profile laying technique) on conventional copper structures produced by etching.
Aus dem Stand der Technik ist eine Vierpolstrommessung bei Leiterplatten bekannt. Die Vierpolstrommessung besteht im Wesentlichen aus einer Vierpunkt- oder Vierspitzenmessung. Hierzu wird ein sogenannter Shunt verwendet, welcher ein niederohmiger elektrischer Widerstand ist und zur Messung des elektrischen Stromes verwendet wird. Generell weist der Shunt zwei Stromanschlüsse und zwei Anschlüsse zur Messung des Spannungsabfalls auf.A four-pole current measurement for printed circuit boards is known from the prior art. The four-pole current measurement essentially consists of a four-point or four-point measurement. A so-called shunt is used for this purpose, which is a low-impedance electrical resistance and is used to measure the electrical current. In general, the shunt has two current terminals and two terminals for measuring the voltage drop.
Der Shunt wirkt als Messwiderstand, wobei der Strom, der durch den Shunt fließt, verursacht einen zu ihm proportionalen Spannungsabfall, welcher messbar ist. Üblicherweise werden sehr geringe Spannungsabfälle mit geeigneten Messeinrichtungen gemessen und der Strom nach dem Ohmschen-Gesetz ermittelt.The shunt acts as a measuring resistor, whereby the current flowing through the shunt causes a voltage drop proportional to it, which can be measured. Usually, very small voltage drops are measured with suitable measuring devices and the current is determined according to Ohm's law.
Als Metallprofil-Shunt Material kann Kupfer verwendet werden oder KupferLegierungen mit beispielsweise Mangan, Nickel, Aluminium und dergleichen mit bevorzugt einem geringen Temperaturkoeffizienten. Grundsätzlich kann jedoch bei einem gewählten Shunt-Material der Temperaturkoeffizient durch die Messung der Temperatur im Messergebnis des Stromes berücksichtigt bzw. korrigiert werden.Copper or copper alloys with, for example, manganese, nickel, aluminum and the like with preferably a low temperature coefficient can be used as the metal profile shunt material. In principle, however, with a selected shunt material, the temperature coefficient can be taken into account or corrected by measuring the temperature in the measurement result of the current.
Bisher war bei einer Strommessung in der Leiterplattentechnik nur bekannt, dass ein Shunt auf die äußere Oberfläche der Mehrlagen-Leiterplatte aufgebracht wird und dort eine Strommessung stattfindet. Solch eine Ausführungsform wird beispielsweise mit der
Die Anordnung eines Shunts auf der Oberfläche einer Leiterplatte hat jedoch wesentliche Nachteile:
- 1. Es fällt die Fläche, die der Shunt an der Oberfläche benötigt, für Bestückungszwecke weg;
- 2. Es ist eine separate Bestückung der Leiterplatte notwendig;
- 3. Die zusätzliche Anbringung des Bauteils auf der Leiterplatte verursacht zusätzliche Kosten, erhöht die Bauhöhe der Leiterplatte und verschlechtert die Bearbeitbarkeit der Leiterplatte.
- 1. The area that the shunt requires on the surface is eliminated for assembly purposes;
- 2. It is necessary to assemble the circuit board separately;
- 3. The additional mounting of the component on the circuit board causes additional costs, increases the overall height of the circuit board, and deteriorates the workability of the circuit board.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Leiterplatte mit einem Messelement zu vereinfachen bzw. zu verbessern.The invention is now based on the object of simplifying or improving a printed circuit board with a measuring element.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Anspruches 1 und des Anspruches 7 gekennzeichnet.The invention is characterized by the technical teaching of
Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass das (Vierpolstrom-)Messelement als Shunt im Leiterplattenaufbau integriert ist.An essential feature of the invention is that the (four-pole current) measuring element is integrated as a shunt in the printed circuit board structure.
Diese Anordnung des Messelementes hat den Vorteil, dass die integrierte Leiterplatte bereits schon bei der Herstellung mit einem derartigen Messaufbau versehen wird. Somit kann mindestens ein (Vierpolstrom-)Messelement im Leiterplattenaufbau integriert werden.This arrangement of the measuring element has the advantage that the integrated circuit board is already provided with such a measuring structure during production. Thus, at least one (four-pole current) measuring element can be integrated into the circuit board structure.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Vierpolstrommesselement Teil einer Leiterbahnenführung. Dies bedeutet, dass jede beliebige Leiterbahn in der Leiterplatte, die für eine Hochstromanwendung geeignet ist, als Vierpolstrommesselement umfunktioniert werden kann.In a preferred embodiment, the four-pole current measuring element is part of a printed conductor layout. This means that any circuit board trace that is suitable for a high current application can be repurposed as a four-pole current sensing element.
Das Vierpolstrommesselement besteht aus zwei Hochstromanschlüssen, über den der zu messende Strom fließt und aus zwei im Bereich dieses Messelementes angeordneten Messanschlüssen, zwischen denen der Spannungsabfall gemessen wird, wobei zwischen den beiden Messanschlüssen ein definierter Widerstand besteht.The four-pole current measuring element consists of two high-current connections, via which the current to be measured flows, and two measuring connections arranged in the area of this measuring element, between which the voltage drop is measured, with a defined resistance between the two measuring connections.
Entscheidend ist, dass die Messanschlüsse stets mit gleichem Abstand angeordnet werden, um einen gleichbleibenden Widerstand zwischen den Messanschlüssen zu erreichen.It is crucial that the measuring connections are always arranged at the same distance in order to achieve a constant resistance between the measuring connections.
Die vorliegende Erfindung sieht mehrere verschiedene Ausführungsformen vor, die alle in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallen.The present invention provides several different embodiments, all of which fall within the scope of the present invention.
In einer ersten Ausführungsform der Erfindung werden in einem (separaten) Herstellungsprozess ein oder mehrere (Vierpolstrom-)Messelemente hergestellt, welche in einfacher oder mehrfacher Form bei der Herstellung der Leiterplatte im Leiterplattenaufbau integriert werden. Es handelt sich also um definierte Vierpolstrommesselemente, die zusätzlich zu den übrigen Elementen im Leiterplattenaufbau integriert werden.In a first embodiment of the invention, one or more (four-pole current) measuring elements are produced in a (separate) production process, which are integrated in a single or multiple form in the production of the circuit board in the circuit board structure. It is therefore a matter of defined four-pole current measuring elements that are integrated in addition to the other elements in the printed circuit board structure.
In einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist es hingegen vorgesehen, dass man bei der Konstruktion und der Bestückung der Leiterplatte eine hochstromführende Leiterbahn aussucht und lediglich an bestimmten, definierten Stellen, die für die Messung notwendigen Messanschlüsse anzuordnen. Hierbei muss lediglich der Abstand zwischen den Messanschlüssen bezogen auf andere Leiterbahnen immer gleich sein.In a second embodiment of the invention, on the other hand, it is provided that a high-current-carrying conductor track is selected during the design and assembly of the printed circuit board and that the measuring connections required for the measurement are only arranged at certain, defined points. In this case, only the distance between the measuring connections in relation to other conductor tracks must always be the same.
Dies bedeutet, man kann ad hoc bei der Entwicklung in der Leiterplatte eine bestimmte, hochstromführende Leiterbahn als Vierpolstrommesselement definieren, indem man im Innenbereich zwischen den hochstromführenden Anschlüssen nun die erfindungsgemäßen Messanschlüsse zum Abgreifen der Messspannung anordnet.This means that one can ad hoc define a specific, high-current-carrying trace as a four-pole current measuring element during development in the printed circuit board by arranging the measuring connections according to the invention for tapping off the measuring voltage in the inner area between the high-current-carrying connections.
Damit ist es auf vereinfachte Weise möglich neben beliebigen hochstromführenden Leiterplattenaufbau ein Vierpolstrommesselement zu integrieren.It is thus possible in a simplified way to integrate a four-pole current measuring element next to any high-current-carrying printed circuit board structure.
Für die Ausbildung eines Vierpolstrommesselementes sind also nur insgesamt vier Stellen bzw. Punkte an einem hochstromführenden Kupferprofil notwendig, welche bevorzugt die außen liegenden Anschlussstellen für den Anschluss eines Hochstromes und die genau definierte Kontaktierung auf dem Hochstromleiter mittels Messanschlüssen sind. Die Kontaktierung oder Anbringung von Messanschlüssen auf diesen Hochstromleiter kann in verschiedenen Ausführungsformen erfolgen.For the formation of a four-pole current measuring element, only four locations or points on a high-current-carrying copper profile are necessary, which are preferably the external connection points for connecting a high-current and the precisely defined contacting on the high-current conductor by means of measuring connections. The contacting or attachment of measuring connections to this high-current conductor can take place in various embodiments.
In einer Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Messanschlüsse selbst unmittelbar auf dem Hochstromleiter als kontaktierende Bohrung ausgeführt sind. An diese kontaktierende Bohrung kann direkt der Messanschluss oder die Messleitung angeschlossen werden.In one embodiment, it is provided that the measuring connections themselves are designed directly on the high-current conductor as a contacting bore. The measuring connection or the measuring line can be connected directly to this contacting hole.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass lediglich eine Kontaktstelle auf der Oberfläche des Hochstromleiters angeordnet ist und ausgehend von dieser Kontaktstelle entfernt die Messleitungen angeordnet sind. Eine solche Kontaktstelle kann z. B. als kontaktierender Kanal ausgebildet sein.In a further embodiment of the invention, it is provided that only one contact point is arranged on the surface of the high-current conductor and the measuring lines are arranged at a distance from this contact point. Such a contact point can e.g. B. be designed as a contacting channel.
Wichtig ist, dass man lediglich am Hochstromleiter die Kontaktierung anbringen muss, die Abführung der Messleitungen jedoch in einer anderen Ebene der Mehrlagen-Leiterplatte vornehmen kann.It is important that the contacts only have to be attached to the high-current conductor, but that the measuring lines can be routed on a different level of the multi-layer circuit board.
Die Kontaktierung kann beispielsweise über Ultraschall, über Reibschweißen, über Löten, über galvanische Verkupferung und dergleichen mehr erfolgen.The contact can be made, for example, via ultrasound, friction welding, soldering, galvanic copper plating and the like.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt demnach darin, dass es nun erstmals möglich ist, in einem beliebigen, hochstromführenden Leiterplattenaufbau ein Vierpolstrommesselement zu definieren, indem einfach im Zwischenraum zwischen zwei hochstromführenden Anschlusspunkten ein Messabstand für die Anbringung von Messanschlüssen zur Messung des Spannungsabfalls in diesem Bereich vorgesehen wird.The main advantage of the invention is that it is now possible for the first time to define a four-pole current measuring element in any high-current-carrying printed circuit board structure by simply providing a measuring distance for the attachment of measuring connections for measuring the voltage drop in this area in the space between two high-current-carrying connection points will.
Mit der gegebenen technischen Lehre ergibt sich der wesentliche Vorteil, dass nun der Leiterplattenaufbau sehr klein gehalten werden kann, denn es sind keine zusätzlichen Elemente notwendig, weil man jede beliebige hochstromführende Leiterbahn als Vierpolstrommesselement definieren kann.With the given technical teaching, there is the essential advantage that the printed circuit board structure can now be kept very small, because no additional elements are necessary, because any high-current-carrying conductor track can be defined as a four-pole current measuring element.
Weiter Vorteil der Erfindung ist die kostengünstige Herstellung und die günstige Wärmeabfuhr, denn die umliegenden Bauteile und Bestandteile der Mehrlagen-Leiterplatte werden sozusagen als Kühlelemente für den sich möglicherweise im Betrieb erwärmenden Hochstromleiter verwendet, wodurch eine günstige Wärmeabfuhr gegeben ist.Another advantage of the invention is the inexpensive production and the favorable heat dissipation, because the surrounding components and components of the multi-layer printed circuit board are used as cooling elements for the high-current conductor that may heat up during operation, resulting in favorable heat dissipation.
Die Anbringung der Stromanschlüsse an den Hochstromleiter kann in verschiedener Weise erfolgen.The attachment of the power connections to the high-current conductor can be done in different ways.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass diese Anschlüsse jeweils stirnseitig aus der Mehrlagen-Leiterplatte herausgeführt sind und damit direkt mit einem stromführenden Anschlusskabel kontaktiert werden können.In a preferred embodiment, it is provided that these connections are led out of the multi-layer printed circuit board on the face side and can thus be contacted directly with a live connection cable.
In einer anderen Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass diese Anschlüsse als Anschlussfahnen hochgebogen sind und dadurch Kontaktelemente zu anschließenden Stromkabeln bilden.In another embodiment, it can be provided that these connections are bent up as connection lugs and thereby form contact elements for connecting power cables.
In einer weiteren Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass die Stromanschlüsse für den Hochstromleiter in der Leiterplatte selbst integriert sind. Hierbei sind z. B. stromführende Leitkanäle vorgesehen, die für eine Einpresstechnik geeignete Bohrungen aufweisen.In a further refinement, provision can be made for the power connections for the high-current conductor to be integrated in the printed circuit board itself. Here z. B. current-carrying guide channels are provided, which have suitable holes for a press-in technique.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass die Dimension und die Geometrie des Vierpolstrommesselementes beliebig definiert werden kann, d. h. es kann jede beliebige Leiterbahnführung in der Leiterplatte, die eine Hochstromleiterbahn betrifft, als Vierpolstrommesselement umdefiniert werden.Another advantage of the invention is that the dimension and the geometry of the four-pole current measuring element can be defined arbitrarily, i. H. it can be redefined as a four-pole current measuring element any conductor path in the printed circuit board that affects a high-current conductor.
Durch die Integration des Vierpolstrommesselementes in der Leiterplatte wird die Außenfläche der Leiterplatte von Einbauten freigehalten und kann für zusätzliche Bestückungen verwendet werden.Due to the integration of the four-pole current measuring element in the printed circuit board, the outer surface of the printed circuit board is kept free of built-in components and can be used for additional equipment.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine zusätzliche Temperaturkompensation integriert ist. Diese Temperaturkompensation beruht darauf, dass sich die Temperatur des Hochstromleiters in unerwünschter Weise erhöht, wenn er mit einem hohen Strom durchflossen wird, was wiederum den Spannungsabfall zwischen den Messeinflüssen beeinflusst. Diese Beeinflussung soll kompensiert werden.In a development of the invention, it is provided that an additional temperature compensation is integrated. This temperature compensation is based on the fact that the temperature of the high-current conductor increases in an undesirable manner when a high current flows through it, which in turn influences the voltage drop between the measuring influences. This influence should be compensated.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine Temperaturkompensation durch eine Messung der Temperatur auf oder an den Hochstromleiter erfolgt. Eine solche Messung der Temperatur kann z. B. durch ein beliebiges Temperaturmesselement, wie z. B. ein Thermistor, ein PT100-Element oder dergleichen erfolgen.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that temperature compensation takes place by measuring the temperature on or at the high-current conductor. Such a measurement of the temperature can, for. B. by any temperature measuring element such. a thermistor, a PT100 element or the like.
Ein bevorzugter (Herstellung-)Verfahrensablauf kann hierbei wie folgt ablaufen. Die Mehrlagenleiterplatte wird mit dem integerierten Metallprofil so ausgebildet, dass das Metallprofil von einer Seite oder von beiden Seiten der Mehrlagenleiterplatte frei gelegt wird und derart elektrisch niederohmig verbunden werden kann. Es kann auch ein Teil des Metallprofils auf einer Seite oder beidseitig frei gelegt werden und abgewinkelt ausgeführt werden, so dass ein oder zwei Teile des Metallprofil-Shunts abgewinkelt mittels Schrauben oder Klemmen oder Löten oder Einpressen oder Schweißen elektrisch kontaktiert werden können.A preferred (manufacturing) process sequence can proceed as follows. The multi-layer printed circuit board is formed with the integrated metal profile in such a way that the metal profile is exposed from one side or from both sides of the multi-layer printed circuit board and can thus be electrically connected with low resistance. A part of the metal profile can also be exposed on one side or both sides and be angled so that one or two parts of the metal profile shunt can be electrically contacted by means of screws or clamps or soldering or pressing or welding.
Bei einer derartigen Vierpunkt- bzw. Vierleiter-Strom-Messung können die beiden Kontakte zur Messung des im allgemeinen sehr kleinen Spannungsabfalls durch die Kupferstruktur einer Lage oder Kontaktierung durch zumindest einer Bohrung mit einer beliebigen Lagen der Leiterplatte, wahrgenommen werden und können derart sehr einfach die entsprechenden Komponenten zur Strommessung auf der Leiterplatte angeordnet werden.With such a four-point or four-wire current measurement, the two contacts for measuring the generally very small voltage drop through the copper structure of a layer or contacting through at least one hole with any layer of the printed circuit board can be perceived and the corresponding components for current measurement are arranged on the printed circuit board.
Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.The subject matter of the present invention results not only from the subject matter of the individual patent claims, but also from the combination of the individual patent claims with one another.
Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind. All information and features disclosed in the documents, including the abstract, in particular the spatial configuration shown in the drawings, are claimed to be essential to the invention insofar as they are new compared to the prior art, individually or in combination.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.In the following, the invention is explained in more detail with reference to drawings showing only one embodiment. Here go from the Drawings and their description shows other features and advantages of the invention that are essential to the invention.
Es zeigen:
-
1 : eine Anordnung einer Vierpolstrommessung nach dem Stand der Technik -
2 : die Draufsicht auf ein Vierpolstrommesselement, welches in einem Leiterplattenaufbau integriert ist -
3 : der Schnitt gemäß der Linie III-III in2 -
4 : Schnitt gemäß der Linie IV-IV in2 -
5 : schematisiert einen Schnitt durch eine Leiterplatte ähnlich der2 -
6 : der um 90° gedrehte Schnitt durch dieLeiterplatte gemäß 5 -
7 : eine schematisierte Darstellung der Anordnung von mehreren Vierpolstrommesselementen in einem Leiterplattenaufbau -
8 : eineähnliche Darstellung wie 7 in gedrehter Form -
9 : eine Draufsicht auf einen aufgebrochenen Leiterplattenaufbau mit der Einbringung eines Vierpolstrommesselementes
-
1 : an arrangement of a four-pole current measurement according to the prior art -
2 : the top view of a four-pole current measuring element, which is integrated in a circuit board structure -
3 : the cut according to line III-III in2 -
4 : Section along line IV-IV in2 -
5 : schematizes a section through a circuit board similar to that2 -
6 : the section through the printed circuit board rotated by 90° according to5 -
7 : a schematic representation of the arrangement of several four-pole current measuring elements in a circuit board structure -
8th : a representation similar to7 in twisted form -
9 : a plan view of a broken circuit board structure with the incorporation of a four-pole current measuring element
In
An einem Hochstromleiter 5 sind zwei beabstandete Messanschlüsse 3, 4 angeordnet. Ferner sind zwei im Abstand voneinander angeordnete Stromanschlüsse 6, 7 an dem Hochstromleiter 5 angeschlossen, zwischen denen ein Strom durch den Hochstromleiter 5 fließt.Two spaced measuring
Im Bereich des Hochstromleiters 5 sind Messanschlüsse 3, 4 elektrisch leitend mit dem Hochstromleiter 5 verbunden und bilden zwischen sich einen Messabstand 11. Wichtig ist nun, dass im Bereich des Messzweiges der Spannungsabfall zwischen den Messanschlüssen 3, 4 gemessen wird, um so den Strom durch die Hochstromleiter 5 zu bestimmen.In the area of the high-
Bisher war es lediglich bekannt, ein solches Vierpolstrommesselement, wie nach dem Stand der Technik gezeigt, außerhalb eines Leiterplattenaufbaus anzubringen, was mit einem erhöhten Aufwand verbunden ist. Dies wurde in der allgemeinen Beschreibungseinleitung bereits dargestellt.Previously, it was only known to attach such a four-pole current measuring element, as shown in the prior art, outside of a printed circuit board structure, which is associated with increased effort. This has already been shown in the general introduction to the description.
Erfindungsgemäß ist nun ein Vierpolstrommesselement 20 in einem Leiterplattenaufbau integriert. Als erstes Ausführungsbeispiel zeigt die
Wichtig ist nun, dass im Leiterplattenaufbau im Bereich einer beliebigen Lage, die eine Innen- oder Außenlage sein kann, das erfindungsgemäße Vierpolstrommesselement 20 integriert. Im gezeigten Ausführungsbeispiel besteht es aus einem separaten Element, welches im Wesentlichen aus einer Kupferinnenlage 2 besteht, die als flache Kupferbahn ausgebildet ist.It is now important that the four-pole current measuring
Die Kupfer-Innenlage hat eine Dicke von etwa 35 µ bis 150 µ. Die Kupfer-Innenlage 2 ist in einer Ausführungsform im Bereich der Stromanschlüsse 6, 7 und der Messanschlüsse 4, 5 mit dem als Shunt ausgebildeten Hochstromleiter 5 verbunden.The copper inner layer has a thickness of about 35 µ to 150 µ. In one embodiment, the copper
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die in den Hochstromleiter 5 einführenden Stromanschlüsse 6 rund profiliert ausgebildet und als Kontaktierungskanäle geformt, wie anhand der
An den Messanschlüssen 4, 5 setzen Messleitungen an, die zu einer nicht näher dargestellten Messanordnung führen, welche in der Lage ist, den Spannungsabfall zwischen den beiden Messanschlüssen 3, 4 zu erfassen und auszuwerten.Measuring lines are attached to the
Je nach dem, wie hoch der Strom ist, der zwischen den Stromanschlüssen 6, 7 fließt, erfolgt ein Spannungsabfall zwischen den Messanschlüssen 3, 4 und dieser Spannungsabfall wird an den Messleitungen abgegriffen.Depending on how high the current is that flows between the
Die Kupfer-Innenlage 2 ist mit dem erfindungsgemäßen Hochstromleiter 5 an den besagten Stellen kontaktiert. Der Hochstromleiter selbst ist für die Führung eines Hochstromes im Bereich von mehr als 30 Ampere geeignet und ist in seiner Abmessung und seinen Dimensionen so gewählt, dass er sich bei dem Durchfluss eines Hochstromes nicht wesentlich erwärmt.The copper
Als Beispiel wird angegeben, dass ein solcher Hochstromleiter eine Breite von 1 bis 20 mm aufweist, eine Länge von 10 bis 100 mm und eine Dicke von 100 µm bis 1,5 mm.As an example, it is stated that such a high-current conductor has a width of 1 to 20 mm, a length of 10 to 100 mm and a thickness of 100 μm to 1.5 mm.
In den
In anderen Ausführungsbeispielen, die hier nicht dargestellt sind, ist es auch möglich, die Kupfer-Innenlage wegzulassen, weil die entsprechenden Anschlüsse 6, 7 und 3, 4 auch unmittelbar selbst auf dem Hochstromleiter 5 angebracht werden können. Die Kupfer-Innenlage 2 kann dann entfallen.In other exemplary embodiments, which are not shown here, it is also possible to omit the copper inner layer because the
Die
Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Strom über das Anschlusskabel 8 als Messstrom 12 zugeführt und über zwei kontaktierende Hochstromkontaktierungen 11, die kanalförmig ausgebildet sind, in den Hochstromleiter 5 eingeleitet, wo er in Längsrichtung des Hochstromleiters 5 fließt und einen zu erfassenden Spannungsabfall verursacht.In the exemplary embodiment shown, the current is supplied via the
Auf der gegenüberliegenden Seite ist der Stromanschluss 7 in der gleichen Weise ausgebildet, wie der Stromanschluss 6, so dass der Strom am Anschlusskabel 9 wieder aus der Schaltung heraus fließt.On the opposite side, the
Wichtig ist, dass an den Messanschlüssen 3, 4, die elektrisch leitfähig mit dem Hochstromleiter 5 verbunden sind, ein Messabstand 11 definiert ist, an dem ein Spannungsabfall besteht. Dieser Spannungsabfall ist abhängig von einem Stromfluss durch den Hochstromleiter und damit ein unmittelbares Maß für den Strom, der erfasst werden soll.It is important that a
In
In der allgemeinen Beschreibung wurde bereits schon darauf hingewiesen, dass die Kupfer-Innenlage 2 auch vollständig entfallen kann, sofern die Messanschlüsse 3, 4 unmittelbar als elektrische Kontakte an dem Hochstromleiter 5 angeordnet sind.In the general description, it has already been pointed out that the copper
Die Anlagefläche 14 nach
In den gezeigten Ausführungsbeispielen nach
Als weiteres wesentliches Ausführungsbeispiel zeigt jedoch die
Die
Somit kann jede beliebige, hochstromführende Leiterbahn, wie hier der Hochstromleiter 5 als Vierpolstrommesselement verwendet werden, weil im Bereich dieses Elementes wiederum zwei voneinander beabstandete Messanschlüsse 3, 4 vorhanden sind, zwischen denen der Messabstand 11 gegeben ist, an denen der Spannungsabfall gemessen wird.Thus, any high-current-carrying conductor track, such as the high-
Somit ist es in jedem beliebigen Leiterplattenaufbau möglich, einen bereits dort schon verwendeten und für andere Schaltungsaufgaben zugeordneten Hochstromleiter 5 zusätzlich noch als Vierpolstrommesselement auszubilden.It is thus possible in any printed circuit board structure to additionally design a high-
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Leiterplattecircuit board
- 22
- Kupfer-Innenlagecopper inner layer
- 33
- Messanschlüssemeasurement connections
- 44
- Messanschlüssemeasurement connections
- 55
- Hochstromleiterhigh-current conductor
- 66
- Stromanschlusspower connection
- 77
- Stromanschlusspower connection
- 88th
- Anschlusskabelconnection cable
- 99
- Anschlusskabelconnection cable
- 1010
- Hochstromkontaktierunghigh-current contacting
- 1111
- Messabstandmeasuring distance
- 1212
- Messstrommeasuring current
- 1313
- 1414
- Anlageflächecontact surface
- 1515
- Kontaktstellecontact point
- 1616
- Leiterbahnentraces
- 1717
- Bauteilcomponent
- 1818
- Messanschlussmeasurement port
- 1919
- Messanschlussmeasurement port
- 2020
- Vierpolstrommesselementfour-pole current measuring element
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