EP3216326A1 - Circuit board comprising at least one quadrupole current measuring element - Google Patents

Circuit board comprising at least one quadrupole current measuring element

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Publication number
EP3216326A1
EP3216326A1 EP15793704.6A EP15793704A EP3216326A1 EP 3216326 A1 EP3216326 A1 EP 3216326A1 EP 15793704 A EP15793704 A EP 15793704A EP 3216326 A1 EP3216326 A1 EP 3216326A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
circuit board
printed circuit
current
measuring
current conductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15793704.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Johann Hackl
Stefan Hörth
Norbert REDL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hausermann GmbH
Original Assignee
Hausermann GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hausermann GmbH filed Critical Hausermann GmbH
Publication of EP3216326A1 publication Critical patent/EP3216326A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/0213Electrical arrangements not otherwise provided for
    • H05K1/0263High current adaptations, e.g. printed high current conductors or using auxiliary non-printed means; Fine and coarse circuit patterns on one circuit board
    • H05K1/0265High current adaptations, e.g. printed high current conductors or using auxiliary non-printed means; Fine and coarse circuit patterns on one circuit board characterized by the lay-out of or details of the printed conductors, e.g. reinforced conductors, redundant conductors, conductors having different cross-sections
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/0266Marks, test patterns or identification means
    • H05K1/0268Marks, test patterns or identification means for electrical inspection or testing
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/16Printed circuits incorporating printed electric components, e.g. printed resistor, capacitor, inductor
    • H05K1/167Printed circuits incorporating printed electric components, e.g. printed resistor, capacitor, inductor incorporating printed resistors
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/10Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
    • H05K3/103Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern by bonding or embedding conductive wires or strips

Definitions

  • the invention relates to a printed circuit board with at least one Vierpolstrom- measuring element.
  • PCBs printed Circuit Boards
  • PWBs printed wiring boards
  • printed circuit boards or printed circuit boards are used for wiring or electrical connection and mechanical fastening of electrical or electronic components (el. Components or el. Components).
  • the electrical components are mechanically fastened and electrically contacted radially in the holes of the printed circuit board.
  • they can be mounted on the surface (surface mount technology SMT or surface mount devices SMD) or buried in inner layers (burried components).
  • the four-pole current measurement essentially consists of a four-point or four-peak measurement.
  • a so-called shunt is used, which is a low-resistance electrical resistance and is used to measure the electric current.
  • the shunt has two power connections and two connections for measuring the voltage drop.
  • the shunt acts as a measuring resistor, with the current flowing through the shunt causing a voltage drop proportional to it, which is measurable. Usually very low voltage drops are measured with suitable measuring equipment and the current is determined according to Ohm's law.
  • metal profile shunt material copper may be used, or copper alloys with, for example, manganese, nickel, aluminum and the like having preferably a low temperature coefficient.
  • the temperature coefficient can be taken into account or corrected by measuring the temperature in the measurement result of the current.
  • the shunt can not be used as an integral part of the shading on the circuit board. He is always only an isolated measuring element.
  • the invention is therefore based on the object to simplify or improve a printed circuit board with a measuring element.
  • the invention is characterized by the technical teaching of claim 1.
  • An essential feature of the invention is that the (Vierpolstrom-) measuring element is integrated as a shunt in the printed circuit board assembly.
  • This arrangement of the measuring element has the advantage that the integrated circuit board is already provided during production with such a measurement structure.
  • at least one (Vierpolstrom-) measuring element can be integrated in the printed circuit board assembly.
  • the four-pole current measuring element is part of a conductor track guide.
  • the four-pole current measuring element consists of two high-current terminals through which the current to be measured flows and of two measuring terminals arranged in the region of this measuring element, between which the voltage drop is measured, whereby a defined resistance exists between the two measuring terminals.
  • measuring connections are always arranged at the same distance in order to achieve a constant resistance between the measuring connections.
  • one or more (quadrupole current) measuring elements are produced in a (separate) production process, which are integrated in single or multiple form during the production of the printed circuit board in the printed circuit board assembly. It is therefore defined four-pole current measuring elements, which are integrated in addition to the other elements in the printed circuit board assembly.
  • the measuring terminals 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.
  • a contact point is arranged on the surface of the high-current conductor and, starting from this contact point, the measuring lines are arranged.
  • a contact point may, for. B. be formed as a contacting channel.
  • the contacting can take place, for example, via ultrasound, via friction welding, via soldering, via galvanic copper plating and the like.
  • the essential advantage of the invention is therefore that for the first time it is possible 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 terminals for measuring the voltage drop in this area in the space between two high-current connection points becomes.
  • the printed circuit board assembly can be kept very small, because there are no additional elements necessary because you can define any high-current conductive trace as Vierpolstrommesselement.
  • Another advantage of the invention is the cost-effective production and the favorable heat dissipation, because the surrounding components and components of the multilayer printed circuit board are used as it were as cooling elements for the possibly warming in operation high-current conductor, whereby a favorable heat dissipation is given.
  • the attachment of the power connections to the high current conductor can be done in various ways.
  • these connections are each led out of the front of the multi-layer printed circuit board and thus can be contacted directly with a live connection cable.
  • these terminals are bent up as terminal lugs and thereby form contact elements to subsequent power cables.
  • the power connections for the high-current conductor are integrated in the circuit board itself.
  • a further advantage of the invention is that the dimension and the geometry of the four-pole current measuring element can be defined as desired, ie any arbitrary conductor track guidance in the printed circuit board, which relates to a high-current conductor track, can be redefined as four-pole current measuring element.
  • the outer surface of the printed circuit board is kept free of internals and can be used for additional equipping.
  • an additional temperature compensation is integrated.
  • This temperature compensation is based on the fact that the temperature of the high-current conductor undesirably increases when it is flowed through with a high current, which in turn influences the voltage drop between the measurement influences. This influence is to be compensated.
  • a temperature compensation takes place by measuring the temperature on or at the high-current conductor.
  • a measurement of the temperature may, for. B. by any temperature measuring element, such as. Example, a thermistor, a PT100 element or the like.
  • a preferred (production) process sequence can proceed as follows.
  • the multi-layer printed circuit board is formed with the integer striv metal profile so that the metal profile is exposed from one side or from both sides of the multi-layer printed circuit board and can be connected electrically low impedance. It can also be a part of the metal profile on one side or both sides are exposed and executed angled so that one or two parts of the metal profile shunt angled by means of screws or clamps or soldering or pressing or welding can be contacted electrically.
  • the two contacts for measuring the generally very small voltage drop through the copper structure of a layer or contacting by at least one hole with any layers of the circuit board can be perceived and so can very easily corresponding components are arranged for current measurement on the circuit board.
  • Figure 1 an arrangement of a Vierpolstromunk after the
  • FIG. 2 shows the top view of a four-pole current measuring element, which is shown in FIG
  • FIG. 5 schematically shows a section through a printed circuit board similar to FIG. 2, FIG. 6, of the section rotated by 90 ° through the printed circuit board according to FIG. 5
  • Figure 7 is a schematic representation of the arrangement of several
  • FIG. 8 a representation similar to FIG. 7 in a rotated form
  • Figure 9 a plan view of a broken printed circuit board assembly with the introduction of a Vierpolstrommessevokes
  • a high current conductor 5 On a high current conductor 5 two spaced measuring terminals 3, 4 are arranged. Further, two spaced apart power terminals 6, 7 are connected to the high-current conductor 5, between which a current flows through the high-current conductor 5.
  • measuring terminals 3, 4 are electrically conductively connected to the high-current conductor 5 and form a measuring distance 11 between them. It is now important that the voltage drop between the measuring terminals 3, 4 is measured in the region of the measuring branch so as to determine the current through the high-current conductors 5.
  • Figure 2 shows a circuit board 1, which may consist of any material and may have any number of layers.
  • the Vierpolstrommesselement invention 20 consists from a separate element, which consists essentially of a copper inner layer 2, which is formed as a flat copper track.
  • the copper inner layer has a thickness of about 35 ⁇ to 150 ⁇ .
  • the copper inner layer 2 is connected in one embodiment in the region of the electrical connections 6, 7 and the measuring terminals 4, 5 with the high-current conductor 5 designed as a shunt.
  • the current connections 6 introduced into the high-current conductor 5 have a profiled shape and are shaped as contacting channels, as will be illustrated with reference to FIGS. 5 and 6.
  • the copper inner layer 2 is contacted with the high-current conductor 5 according to the invention at said locations.
  • the high-current conductor itself is suitable for carrying a high current in the range of more than 30 amperes and is chosen in its dimension and its dimensions so that it does not heat up significantly at the flow of a high current.
  • 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 ⁇ to 1, 5 mm.
  • the high-current conductor 5 is smaller in its dimensions than the copper inner layer 2 fastened thereon however, the invention is not limited. However, this is not necessary for the solution; the copper inner layer 2 could also be dimensioned smaller than the dimension of the high-current conductor 5 with respect to the length and width.
  • FIG. 5 shows a section through a multilayer printed circuit board, again showing as a non-limiting exemplary embodiment that the high-current conductor 5 is connected on its underside to the copper inner layer 2, wherein it is only necessary for the electrical contacting in FIG Provision area of the measuring connections 3, 4.
  • the current is supplied via the connecting cable 8 as a measuring current 12 and introduced into the high-current conductor 5 via two contacting Hochstrom Quiltie- ments 1 1, where it flows in the longitudinal direction of the high-current conductor 5 and causes a voltage drop to be detected.
  • a measuring distance 1 1 is defined at which there is a voltage drop. This voltage drop is dependent on a current flow through the high current conductor and thus a direct measure of the current that is to be detected.
  • FIG. 6 also shows that, in turn, the copper inner layer 2 is arranged on the lower side of the high-current conductor 5 and only the high-current conductor is contacted with the Hochstrom Quiltmaschineen 10. Although it is possible to supply the copper inner layer 2 with the high current, but this is not necessary for the solution. Decisive is only that at the bottom or at any point in the area between the power terminals 6, 7 of the high current conductor 5 measuring terminals 3, 4 are arranged in a well-defined measuring distance 1 1, between which the voltage drop is measured.
  • the copper inner layer 2 can also be completely eliminated, provided that the measuring terminals 3, 4 are arranged directly as electrical contacts on the high-current conductor 5.
  • the contact surface 14 according to FIG. 6 between the high-current conductor 5 and the copper inner layer 2 therefore does not have to be electrically conductive, but it may be designed to be electrically conductive.
  • the contact point 15 is the contact point between the copper inner layer 2 and the high current conductor. 5
  • a plurality of quadrupole current measuring elements 20, 20a, 20b arranged separately from one another can also be integrated into any printed circuit board construction. They can be arranged side by side or one above the other, as shown in FIG.
  • FIG. 9 shows that it is not necessary to integrate a four-pole current measuring element as a separate component in a printed circuit board.
  • any high-current conducting track which is shown in Figure 9, is used as a high-current conductor 5.
  • the first four-pole current measuring element 20 would be designed as a U-shaped high-current conductor 5, and it can be seen that it is only essential to provide a defined measuring distance 11 between two measuring terminals 3, 4 in order to measure the voltage drop therebetween.
  • the Measuring connections 3, 4 can also be arranged at another point of the high current conductor, as shown for example in FIG. 9 with FIGS. 3a and 4a.
  • FIG. 9 shows, as a second exemplary embodiment, a four-pole current measuring element which consists directly of a high-current conductor 5, which is integrated in the printed circuit board structure and which is intended to carry out other electrical tasks.
  • a component 17 is supplied with the high current and further printed conductors 6 are arranged on the printed circuit board 1.
  • any high-current conducting track such as here the high-current conductor 5 can be used as Vierpolstrommesselement, because in the region of this element again two spaced measuring terminals 3, 4 are present, between which the measuring distance is given 1 1, at which the voltage drop is measured.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Disclosed is a circuit board (1) comprising at least one (quadrupole) current measuring element (20) consisting of at least one high-current conductor that is connected to two spaced-apart current terminals (6, 7) between which two spaced-apart measuring terminals (3, 4) are arranged; the (quadrupole) current measuring element (20) is designed as a shunt and is integrated into the structure of the circuit board (1).

Description

Leiterplatte mit mindestens einem Vierpolstrom-Messelement  Printed circuit board with at least one four-pole current measuring element
Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte mit mindestens einem Vierpolstrom- Messelement. The invention relates to a printed circuit board with at least one Vierpolstrom- 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 (PCBs), printed wiring boards (PWBs), printed circuit boards or printed circuit boards are used for wiring or electrical connection and mechanical fastening of electrical or electronic components (el. Components or el. Components). For this purpose, the electrical components are mechanically fastened and electrically contacted radially in the holes of the printed circuit board. Furthermore, they can 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. The progressive development of the printed circuit boards shows on the one hand that the el. Components are becoming smaller and more complex, which leads to a high degree of heating. Thus, the demand for dissipation of the heat loss of el. Constituents steadily increases. Furthermore, ever higher currents are provided or required on relatively small printed circuit board surfaces. The field of application for this purpose may be, for example, a modern LED element in the EV (Electro Vehicle) sector or in general in power electronics. It is therefore necessary to dimension the copper cross-sections of the wiring structures on and in printed circuit boards to the planned currents, so that the heating of the copper lines per se remains within planned limits. Furthermore, the copper structures are actively used to dissipate the heat loss of el. Components.
Neben der Dickkupfertechnik mit Kupfer-Strukturen von typisch 200 pm bis 400 pm 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 pm to 400 pm copper thickness (etch-technically produced and / or galvanically reinforced) and the integration of stamped copper structures in printed circuit boards was a high-current and thermal management PCB technology based on ultrasonic flat and semi-cold contacted thick copper elements (Profile laying technique) developed on standard etched copper structures.
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. From the prior art, a four-pole current measurement in printed circuit boards is known. The four-pole current measurement essentially consists of a four-point or four-peak measurement. For this purpose, a so-called shunt is used, which is a low-resistance electrical resistance and is used to measure the electric current. In general, the shunt has two power connections and two connections 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, with the current flowing through the shunt causing a voltage drop proportional to it, which is measurable. Usually very low voltage drops are measured with suitable measuring equipment and the current is determined according to Ohm's law.
Als Metallprofil-Shunt Material kann Kupfer verwendet werden oder Kupfer- Legierungen mit beispielsweise Mangan, Nickel, Aluminium und dergleichen mit bevorzugt einem geringen Temperaturkoeffizient. Grundsätzlich kann jedoch bei einem gewählten Shunt-Material der Temperaturkoeffizient durch die Messung der Temperatur im Messergebnis des Stromes berücksichtigt bzw. korrigiert werden. As the metal profile shunt material, copper may be used, or copper alloys with, for example, manganese, nickel, aluminum and the like having preferably a low temperature coefficient. 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 WO 2014/099094 A1 gezeigt. Bei derartigen Shunts besteht das Problem, dass bei hohen Strömen sich der Shunt in unerwünschter Weise erwärmt. Solch eine Erwärmung sollte möglichst unterbunden werden. Aus diesem Grund verwendet man als Shunt hochstromgeeig- nete Kupferprofile, welche Ströme im Bereich von > 30 Ampere hindurchfließen lassen. Die Anordnung eines Shunts auf der Oberfläche einer Leiterplatte hat jedoch wesentliche Nachteile: Previously, in a current measurement in printed circuit board technology was only known that a shunt is applied to the outer surface of the multilayer printed circuit board and there takes place a current measurement. Such an embodiment is shown, for example, with WO 2014/099094 A1. In such shunts, there is the problem that at high currents, the shunt heats up in an undesirable manner. Such a warming should be prevented as much as possible. For this reason, high-current copper profiles are used as a shunt, which allow currents in the range of> 30 amperes to flow through. The arrangement of a shunt on the surface of a circuit board, however, has significant disadvantages:
1 . Es fällt die Fläche, die der Shunt an der Oberfläche benötigt, für Bestückungszwecke weg; 1 . The area required by the shunt on the surface falls away for assembly purposes;
2. Es ist eine separate Bestückung der Leiterplatte notwendig;  2. It is a separate assembly of the circuit board necessary;
3. Die zusätzliche Anbringung des Bauteils auf der Leiterplatte verursacht zusätzliche Kosten, erhöht die Bauhöhe der Leiterplatte und verschlechtert die Bearbeitbarkeit der Leiterplatte.  3. The additional attachment of the component on the circuit board causes additional costs, increases the height of the circuit board and deteriorates the workability of the circuit board.
Des Weiteren kann der Shunt nicht als integraler Bestandteil der Verschattung an der Leiterplatte verwendet werden. Er ist jeweils immer nur ein isoliertes Messelement.  Furthermore, the shunt can not be used as an integral part of the shading on the circuit board. He is always only an isolated measuring element.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Leiterplatte mit einem Messelement zu vereinfachen bzw. zu verbessern. The invention is therefore based on the object to simplify or improve a printed circuit board with a measuring element.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Anspruches 1 gekennzeichnet. To solve the problem, the invention is characterized by the technical teaching of claim 1.
Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass das (Vierpolstrom-)Messelement als Shunt im Leiterplattenaufbau integriert ist. An essential feature of the invention is that the (Vierpolstrom-) measuring element is integrated as a shunt in the printed circuit board assembly.
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 during production with such a measurement structure. Thus, at least one (Vierpolstrom-) measuring element can be integrated in the printed circuit board assembly.
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. 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. In a preferred embodiment, the four-pole current measuring element is part of a conductor track guide. This means that any conductor track in the circuit board that is suitable for high current application can be converted as a quadrupole current measuring element. The four-pole current measuring element consists of two high-current terminals through which the current to be measured flows and of two measuring terminals arranged in the region of this measuring element, between which the voltage drop is measured, whereby a defined resistance exists between the two measuring terminals.
Entscheidend ist, dass die Messanschlüsse stets mit gleichem Abstand angeordnet werden, um einen gleich bleibenden 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 contemplates 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 (quadrupole current) measuring elements are produced in a (separate) production process, which are integrated in single or multiple form during the production of the printed circuit board in the printed circuit board assembly. It is therefore defined four-pole current measuring elements, which are integrated in addition to the other elements in the printed circuit board assembly.
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, however, it is provided that one chooses a high-current conductor in the design and the assembly of the circuit board and only at certain, defined locations, to arrange the measurement connections necessary for the measurement. In this case, only the distance between the measuring connections with respect 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 define ad hoc during the development in the printed circuit board, a specific, high-current conductor track as Vierpolstrommesselement by now arranging the measurement terminals according to the invention for tapping the measurement voltage in the interior between the high-current terminals.
Damit ist es auf vereinfachte Weise möglich neben beliebigen hochstromführenden Leiterplattenaufbau ein Vierpolstrommesselement zu integrieren. 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. This makes it possible in a simplified manner to integrate a four-pole current measuring element next to any high-current-carrying printed circuit board construction. For the formation of a Vierpolstrommesselementes so only four points or points on a high-current copper profile are necessary, which are preferably the external connection points for the connection of a high current and the well-defined contact on the high current conductor by means of measuring connections. The contacting or mounting of measuring connections on this high current conductor can be done 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 terminals 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, starting from this contact point, the measuring lines are arranged. Such a contact point may, for. B. be formed 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 you only have to attach the contact to the high-current conductor, but can carry out the removal of the test leads in another level of the multilayer printed circuit board.
Die Kontaktierung kann beispielsweise über Ultraschall, über Reibschweißen, über Löten, über galvanische Verkupferung und dergleichen mehr erfolgen. 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. 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. The contacting can take place, for example, via ultrasound, via friction welding, via soldering, via galvanic copper plating and the like. The essential advantage of the invention is therefore that for the first time it is possible 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 terminals for measuring the voltage drop in this area in the space between two high-current connection points becomes. With the given technical teaching, there is the significant advantage that now the printed circuit board assembly can be kept very small, because there are no additional elements necessary because you can define any high-current conductive trace as Vierpolstrommesselement.
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 cost-effective production and the favorable heat dissipation, because the surrounding components and components of the multilayer printed circuit board are used as it were as cooling elements for the possibly warming in operation high-current conductor, whereby a favorable heat dissipation is given.
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 various 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 each led out of the front of the multi-layer printed circuit board and thus can 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 may be provided that these terminals are bent up as terminal lugs and thereby form contact elements to subsequent 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 embodiment, it can be provided that the power connections for the high-current conductor are integrated in the circuit board itself. Here are z. B. current-carrying guide channels, which have suitable holes for a press-fit.
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. Durch die Integration des Vierpolstrommesselementes in der Leiterplatte wird die Außenfläche der Leiterplatte von Einbauten freigehalten und kann für zusätzliche Bestückungen verwendet werden. A further advantage of the invention is that the dimension and the geometry of the four-pole current measuring element can be defined as desired, ie any arbitrary conductor track guidance in the printed circuit board, which relates to a high-current conductor track, can be redefined as four-pole current measuring element. By integrating the four-pole current measuring element in the printed circuit board, the outer surface of the printed circuit board is kept free of internals and can be used for additional equipping.
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 durchflössen 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 undesirably increases when it is flowed through with a high current, which in turn influences the voltage drop between the measurement influences. This influence is to 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 a temperature compensation takes place by measuring the temperature on or at the high-current conductor. Such a measurement of the temperature may, for. B. by any temperature measuring element, such as. Example, 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 (production) process sequence can proceed as follows. The multi-layer printed circuit board is formed with the integerierten metal profile so that the metal profile is exposed from one side or from both sides of the multi-layer printed circuit board and can be connected electrically low impedance. It can also be a part of the metal profile on one side or both sides are exposed and executed angled so that one or two parts of the metal profile shunt angled by means of screws or clamps or soldering or pressing or welding can be contacted electrically.
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. Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander. In 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 by at least one hole with any layers of the circuit board, can be perceived and so can very easily corresponding components are arranged for current measurement on the circuit board. The subject of the present invention results not only from the subject matter of the individual claims, but also from the combination of the individual claims with each other.
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 design shown in the drawings, are claimed to be essential to the invention insofar as they are novel individually or in combination with respect to the prior art.
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 will be explained in more detail with reference to drawings showing only one embodiment. Here are from the drawings and their description further features essential to the invention and advantages of the invention.
Es zeigen: Show it:
Figur 1 : eine Anordnung einer Vierpolstrommessung nach dem Figure 1: an arrangement of a Vierpolstrommessung after the
Stand der Technik Figur 2 die Draufsicht auf ein Vierpolstrommesselement, welches in  PRIOR ART FIG. 2 shows the top view of a four-pole current measuring element, which is shown in FIG
einem Leiterplattenaufbau integriert ist  a printed circuit board assembly is integrated
Figur 3 der Schnitt gemäß der Linie III-III in Figur 2 Figur 4 Schnitt gemäß der Linie IV-IV in Figur 2 3 shows the section along the line III-III in Figure 2 Figure 4 section along the line IV-IV in Figure 2
Figur 5 schematisiert einen Schnitt durch eine Leiterplatte ähnlich der Figur 2 Figur 6 der um 90° gedrehte Schnitt durch die Leiterplatte gemäß Figur 5 FIG. 5 schematically shows a section through a printed circuit board similar to FIG. 2, FIG. 6, of the section rotated by 90 ° through the printed circuit board according to FIG. 5
Figur 7 eine schematisierte Darstellung der Anordnung von mehreren Figure 7 is a schematic representation of the arrangement of several
Vierpolstrommesselementen in einem Leiterplattenaufbau Figur 8: eine ähnliche Darstellung wie Figur 7 in gedrehter Form Four-pole current measuring elements in a printed circuit board construction FIG. 8: a representation similar to FIG. 7 in a rotated form
Figur 9: eine Draufsicht auf einen aufgebrochenen Leiterplattenaufbau mit der Einbringung eines Vierpolstrommesselementes Figure 9: a plan view of a broken printed circuit board assembly with the introduction of a Vierpolstrommesselementes
In Figur 1 ist allgemein das Prinzip der Vierpolstrommessung dargestellt. In Figure 1, the principle of Vierpolstrommessung is generally shown.
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. On a high current conductor 5 two spaced measuring terminals 3, 4 are arranged. Further, two spaced apart power terminals 6, 7 are connected to the high-current conductor 5, between which a current flows through the high-current conductor 5.
Im Bereich des Hochstromleiters 5 sind Messanschlüsse 3, 4 elektrisch leitend mit dem Hochstromleiter 5 verbunden und bilden zwischen sich einen Messabstand 1 1 . 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 region of the high-current conductor 5, measuring terminals 3, 4 are electrically conductively connected to the high-current conductor 5 and form a measuring distance 11 between them. It is now important that the voltage drop between the measuring terminals 3, 4 is measured in the region of the measuring branch so as to determine the current through the high-current conductors 5.
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. So far, it was only known to mount such a four-pole current measuring element, as shown in the prior art, outside of a printed circuit board assembly, which is associated with an increased effort. This has already been shown in the general description introduction.
Erfindungsgemäß ist nun ein Vierpolstrommesselement 20 in einem Leiterplattenaufbau integriert. Als erstes Ausführungsbeispiel zeigt die Figur 2 eine Leiterplatte 1 , die aus einem beliebigen Werkstoff bestehen kann und die beliebig viele Lagen aufweisen kann. According to the invention, a four-pole current measuring element 20 is now integrated in a printed circuit board construction. As a first embodiment, Figure 2 shows a circuit board 1, which may consist of any material and may have any number of layers.
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 integrated in the circuit board assembly in the region of any position, which may be an inner or outer layer, the Vierpolstrommesselement invention 20. In the embodiment shown it consists from a separate element, which consists essentially of a copper inner layer 2, which is formed as a flat copper track.
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. The copper inner layer 2 is connected in one embodiment in the region of the electrical connections 6, 7 and the measuring terminals 4, 5 with the high-current conductor 5 designed as a shunt.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die in den Hochstromleiter 5 einführenden Stromanschlüsse 6 rund profiliert ausgebildet und als Kontaktierungskanä- le geformt, wie anhand der Figuren 5 und 6 noch dargestellt wird. In the exemplary embodiment shown, the current connections 6 introduced into the high-current conductor 5 have a profiled shape and are shaped as contacting channels, as will be illustrated with reference to FIGS. 5 and 6.
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. At the measuring terminals 4, 5 set test leads that lead to a measuring arrangement, not shown, which is able to detect the voltage drop between the two measuring terminals 3, 4 and evaluate.
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 that flows between the power terminals 6, 7, there is a voltage drop between the measuring terminals 3, 4 and this voltage drop is tapped on the measuring lines.
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 inner layer 2 is contacted with the high-current conductor 5 according to the invention at said locations. The high-current conductor itself is suitable for carrying a high current in the range of more than 30 amperes and is chosen in its dimension and its dimensions so that it does not heat up significantly at the flow of a high current.
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 μιη 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 μιη to 1, 5 mm.
In den Figuren 3 und 4 ist dargestellt, dass der Hochstromleiter 5 in seinen Dimensionen kleiner ist als die darauf befestigte Kupfer-Innenlage 2. Hierauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Dies ist jedoch nicht lösungsnotwendig; die Kupfer-Innenlage 2 könnte auch kleiner dimensioniert sein als die Dimension des Hochstromleiters 5 bezüglich der Länge und Breite. In FIGS. 3 and 4 it is shown that the high-current conductor 5 is smaller in its dimensions than the copper inner layer 2 fastened thereon however, the invention is not limited. However, this is not necessary for the solution; the copper inner layer 2 could also be dimensioned smaller than the dimension of the high-current conductor 5 with respect to the length and width.
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 embodiments, which are not shown here, it is also possible to omit the copper inner layer, because the corresponding terminals 6, 7 and 3, 4 can also be mounted directly on the high-current conductor 5 itself. The copper inner layer 2 can then be omitted.
Die Figur 5 zeigt als Ausführungsbeispiel einen Schnitt durch eine Mehrlagen- Leiterplatte, wobei hier wiederum als nicht beschränkendes Ausführungsbeispiel dargestellt ist, dass der Hochstromleiter 5 an seiner Unterseite mit der Kupfer-Innenlage 2 verbunden ist, wobei es lediglich notwendig ist, die elektrische Kontaktierung im Bereich der Messanschlüsse 3, 4 vorzusehen. As an exemplary embodiment, FIG. 5 shows a section through a multilayer printed circuit board, again showing as a non-limiting exemplary embodiment that the high-current conductor 5 is connected on its underside to the copper inner layer 2, wherein it is only necessary for the electrical contacting in FIG Provision area of the measuring connections 3, 4.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Strom über das Anschlusskabel 8 als Messstrom 12 zugeführt und über zwei kontaktierende Hochstromkontaktie- rungen 1 1 , 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 connecting cable 8 as a measuring current 12 and introduced into the high-current conductor 5 via two contacting Hochstromkontaktie- ments 1 1, where it flows in the longitudinal direction of the high-current conductor 5 and causes a voltage drop to be detected.
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 of the power connector 7 is formed in the same manner as the power connector 6, so that the current on the connecting cable 9 flows out of the circuit again.
Wichtig ist, dass an den Messanschlüssen 3, 4, die elektrisch leitfähig mit dem Hochstromleiter 5 verbunden sind, ein Messabstand 1 1 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 at the measuring terminals 3, 4, which are electrically conductively connected to the high-current conductor 5, a measuring distance 1 1 is defined at which there is a voltage drop. This voltage drop is dependent on a current flow through the high current conductor and thus a direct measure of the current that is to be detected.
In Figur 6 ist ferner dargestellt, dass wiederum die Kupfer-Innenlage 2 an der Unterseite des Hochstromleiters 5 angeordnet ist und lediglich der Hochstrom- leiter mit dem Hochstromkontaktierungen 10 kontaktiert ist. Es ist zwar möglich, auch die Kupfer-Innenlage 2 mit dem Hochstrom zu versorgen, was jedoch nicht lösungsnotwendig ist. Entscheidend ist nur, dass an der Unterseite oder an einer beliebigen Stelle im Bereich zwischen den Stromanschlüssen 6, 7 des Hochstromleiters 5 Messanschlüsse 3, 4 in einem genau definierten Messabstand 1 1 angeordnet sind, zwischen denen der Spannungsabfall gemessen wird. FIG. 6 also shows that, in turn, the copper inner layer 2 is arranged on the lower side of the high-current conductor 5 and only the high-current conductor is contacted with the Hochstromkontaktierungen 10. Although it is possible to supply the copper inner layer 2 with the high current, but this is not necessary for the solution. Decisive is only that at the bottom or at any point in the area between the power terminals 6, 7 of the high current conductor 5 measuring terminals 3, 4 are arranged in a well-defined measuring distance 1 1, between which the voltage drop is measured.
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 inner layer 2 can also be completely eliminated, provided that the measuring terminals 3, 4 are arranged directly as electrical contacts on the high-current conductor 5.
Die Anlagefläche 14 nach Figur 6 zwischen dem Hochstromleiter 5 und der Kupfer-Innenlage 2 muss also nicht elektrisch leitfähig sein, sie kann aber elektrisch leitfähig ausgebildet sein. Die Kontaktstelle 15 ist die Kontaktstelle zwischen der Kupfer-Innenlage 2 und dem Hochstromleiter 5. The contact surface 14 according to FIG. 6 between the high-current conductor 5 and the copper inner layer 2 therefore does not have to be electrically conductive, but it may be designed to be electrically conductive. The contact point 15 is the contact point between the copper inner layer 2 and the high current conductor. 5
In den gezeigten Ausführungsbeispielen nach Figuren 7 und 8 ist dargestellt, dass auch mehrere getrennt voneinander angeordnete Vierpolstrommessele- mente 20, 20a, 20b in einen beliebigen Leiterplattenaufbau integriert werden können. Sie können nebeneinander oder übereinander angeordnet werden, so wie dies in Figur 8 dargestellt ist. In the exemplary embodiments shown in FIGS. 7 and 8, it is shown that a plurality of quadrupole current measuring elements 20, 20a, 20b arranged separately from one another can also be integrated into any printed circuit board construction. They can be arranged side by side or one above the other, as shown in FIG.
Als weiteres wesentliches Ausführungsbeispiel zeigt jedoch die Figur 9, dass es nicht lösungsnotwendig ist, ein Vierpolstrommesselement als separates Bauteil in einer Leiterplatte zu integrieren. In einer anderen Ausgestaltung ist es nämlich vorgesehen, dass eine beliebige hochstromführende Leiterbahn, die in Figur 9 dargestellt ist, als Hochstromleiter 5 verwendet wird. Hier wäre als erstes Ausführungsbeispiel das erste Vierpolstrommesselement 20 als u- förmiger Hochstromleiter 5 ausgebildet, und es ist erkennbar, dass es lediglich wesentlich ist, zwischen zwei Messanschlüssen 3, 4 einen definierten Messabstand 1 1 vorzusehen, um dazwischen den Spannungsabfall zu messen. Die Messanschlüsse 3, 4 können auch an einer anderen Stelle des Hochstromleiters angeordnet werden, wie dies beispielsweise in der Figur 9 mit 3a und 4a dargestellt ist. As a further essential embodiment, however, FIG. 9 shows that it is not necessary to integrate a four-pole current measuring element as a separate component in a printed circuit board. In another embodiment, it is provided that any high-current conducting track, which is shown in Figure 9, is used as a high-current conductor 5. Here, as the first exemplary embodiment, the first four-pole current measuring element 20 would be designed as a U-shaped high-current conductor 5, and it can be seen that it is only essential to provide a defined measuring distance 11 between two measuring terminals 3, 4 in order to measure the voltage drop therebetween. The Measuring connections 3, 4 can also be arranged at another point of the high current conductor, as shown for example in FIG. 9 with FIGS. 3a and 4a.
Die Figur 9 zeigt als zweites Ausführungsbeispiel ein Vierpolstrommessele- ment, welches unmittelbar aus einem Hochstromleiter 5 besteht, der in den Leiterplattenaufbau eingebunden ist und der zur Ausführung von anderen elektrischen Aufgaben bestimmt ist. Beispielsweise wird mit dem Hochstrom ein Bauteil 17 versorgt und auf der Leiterplatte 1 sind noch weitere Leiterbahnen 6 angeordnet. FIG. 9 shows, as a second exemplary embodiment, a four-pole current measuring element which consists directly of a high-current conductor 5, which is integrated in the printed circuit board structure and which is intended to carry out other electrical tasks. For example, a component 17 is supplied with the high current and further printed conductors 6 are arranged on the printed circuit board 1.
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 1 1 gegeben ist, an denen der Spannungsabfall gemessen wird. Thus, any high-current conducting track, such as here the high-current conductor 5 can be used as Vierpolstrommesselement, because in the region of this element again two spaced measuring terminals 3, 4 are present, between which the measuring distance is given 1 1, at which the voltage drop is measured.
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. Thus, it is possible in any printed circuit board structure to additionally form a high current conductor 5 already used there and for other circuit tasks as a quadrupole current measuring element.
ZeichnunqslegendeZeichnunqslegende
Leiterplatte circuit board
Kupfer-Innenlage  Copper inner layer
Messanschlüsse  measuring connections
Messanschlüsse  measuring connections
Hochstromleiter  High-current conductors
Stromanschluss  power connection
Stromänschluss  Stromänschluss
Anschlusskabel  connection cable
Anschlusskabel  connection cable
Hochstromkontaktierung  Hochstromkontaktierung
Messabstand  measuring distance
Messstrom  measuring current
Anlagefläche contact surface
Kontaktstelle  contact point
Leiterbahnen  conductor tracks
Bauteil  component
Messanschluss  measuring connection
Messanschluss  measuring connection
Vierpolstrommesselement  Vierpolstrommesselement

Claims

Patentansprüche claims
1 . 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, dadurch gekennzeichnet, dass das (Vierpol-) Strommesselement (20) als Shunt ausgebildet ist und in den Aufbau der Leiterplatte (1 ) integriert ist. 1 . Printed circuit board (1) having at least one (quadrupole) current measuring element (20), which consists of at least one high current conductor (5) which is connected to two spaced electrical connections (6, 7), between which two spaced measuring terminals (3, 4) are, characterized in that the (quadrupole) current measuring element (20) is designed as a shunt and is integrated in the structure of the printed circuit board (1).
2. Leiterplatte (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das2. Printed circuit board (1) according to claim 1, characterized in that the
Vierpolstrommesselement (20) Teil einer Leiterbahnführung ist. Four-pole current measuring element (20) is part of a conductor track guide.
3. Leiterplatte (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (1 ) mindestens eine Kupfer-Innenlage (2) aufweist, welche mindestens im Bereich der Stromanschlüsse (6, 7) und der Messanschlüsse (4, 5) mit dem Hochstromleiter (5) verbunden ist. 3. Printed circuit board (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the printed circuit board (1) has at least one copper inner layer (2), which at least in the region of the electrical connections (6, 7) and the measuring terminals (4, 5). is connected to the high current conductor (5).
4. Leiterplatte (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (1 ) mindestens zwei Hochstromkontaktierungen4. printed circuit board (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the printed circuit board (1) at least two Hochstromkontaktierungen
(10) aufweist, welche mit mindestens zwei Anschlusskabel (8, 9) verbunden sind, um Strom in den Hochstromleiter (5) ein- und/oder auszuleiten. (10), which are connected to at least two connecting cables (8, 9) in order to feed and / or dispense power into the high-current conductor (5).
5. Leiterplatte (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanschlüsse (3, 4) mit einem definierten Messabstand5. printed circuit board (1) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the measuring terminals (3, 4) with a defined measuring distance
(1 1 ) leitfähig mit dem Hochstromleiter (5) verbunden sind. (1 1) are conductively connected to the high current conductor (5).
6. Leiterplatte (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanschlüsse (3, 4) selbst unmittelbar auf dem Hochstromleiter (5) als kontaktierende Bohrung ausgeführt sind. 6. Printed circuit board (1) according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the measuring terminals (3, 4) are themselves designed directly on the high current conductor (5) as a contacting bore.
7. Leiterplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich eine Kontaktstelle auf der Oberfläche des Hochstrom- leiters (5) angeordnet ist und ausgehend von dieser Kontaktstelle entfernt die Messanschlüsse (3, 4) angeordnet sind. 7. printed circuit board (1) according to one of claims 1 to 6, characterized in that only one contact point on the surface of the high current conductor (5) is arranged and starting from this contact point away from the measuring terminals (3, 4) are arranged.
8. Leiterplatte (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Hoch ström leiters (5) ein Temperaturmesselement angeordnet ist. 8. printed circuit board (1) according to one of claims 1 to 7, characterized in that in the region of the high-current conductor (5), a temperature measuring element is arranged.
9. Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte (1 ) mit mindestens einem (Vierpol-)Strommesselement (20), welches mindestens einen Hochstromleiter (5) aufweist, der mit zwei beabstandeten Stromanschlüsse (6, 7) verbunden ist, zwischen welchen zwei beabstandete Messanschlüsse (3, 4) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in einem separaten Herstellungsprozess das Vierpolstrommesselemente (20) hergestellt wird, welches anschließend bei der Herstellung der Leiterplatte (1) im Leiterplattenaufbau integriert wird. 9. A method for producing a printed circuit board (1) having at least one (four-pole) current measuring element (20) which has at least one high-current conductor (5) which is connected to two spaced electrical connections (6, 7), between which two spaced measuring terminals ( 3, 4) are arranged, characterized in that the Vierpolstrommesselemente (20) is produced in a separate manufacturing process, which is then integrated in the manufacture of the printed circuit board (1) in the printed circuit board assembly.
10. Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte (1 ) mit mindestens einem (Vierpol-)Strommesselement (20), welches mindestens einen Hochstromleiter (5) aufweist, der mit zwei beabstandeten Stromanschlüsse (6, 7) verbunden ist, zwischen welchen zwei beabstandete Messanschlüsse (3, 4) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestückung der Leiterplatte (1) mindestens eine hochstromführende Leiterbahn (5) ausgewählt wird, an welcher die beabstandeten Messanschlüsse (3, 4) mit einem Messabstand (1 1 ) angeordnet werden. 10. A method for producing a printed circuit board (1) having at least one (four-pole) current measuring element (20) which has at least one high-current conductor (5) which is connected to two spaced electrical connections (6, 7) between which two spaced measuring terminals (20). 3, 4) are arranged, characterized in that in the assembly of the printed circuit board (1) at least one high-current conductor track (5) is selected, at which the spaced measuring terminals (3, 4) with a measuring distance (1 1) are arranged.
EP15793704.6A 2014-11-04 2015-10-30 Circuit board comprising at least one quadrupole current measuring element Withdrawn EP3216326A1 (en)

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