可靠而高效的工業(yè)PCB連接，如何輕松實(shí)現(xiàn)？

作者：時(shí)間：2023-09-04 來(lái)源：Mouser

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讓機(jī)器代替人去工作，是人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的一個(gè)主旋律，圍繞這個(gè)愿景的努力和嘗試從未停止。到了20世紀(jì)后半期，人們又在工業(yè)制造中引入了“自動(dòng)化”的概念，也就是采用各種技術(shù)、方法和工具，盡可能減少生產(chǎn)流程中的人為干預(yù)，使得整個(gè)流程更加高效、快速和無(wú)差錯(cuò)，從此人類(lèi)正式走入了工業(yè)自動(dòng)化時(shí)代。

本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/202309/450201.htm

進(jìn)入21世紀(jì)，人類(lèi)在工業(yè)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上又向前邁了一大步。工業(yè)4.0的概念被提出，其主旨就是通過(guò)各種信息化的技術(shù)推動(dòng)工業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，釋放出蘊(yùn)藏在數(shù)據(jù)中的巨大潛能，引領(lǐng)工業(yè)制造進(jìn)入智能化時(shí)代。

不過(guò)，無(wú)論工業(yè)自動(dòng)化如何演變，在生產(chǎn)制造的現(xiàn)場(chǎng)，各種分析、決策和控制的最終落腳點(diǎn)，主要還是在電機(jī)這個(gè)執(zhí)行部件的驅(qū)動(dòng)上——讓電機(jī)根據(jù)控制指令及時(shí)、準(zhǔn)確地動(dòng)作，是不可或缺的關(guān)鍵一環(huán)。變頻器和伺服驅(qū)動(dòng)器就是工業(yè)自動(dòng)化中完成電機(jī)驅(qū)動(dòng)很常見(jiàn)的設(shè)備。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案的連接挑戰(zhàn)

變頻器的工作原理是先將工頻交流電源通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源，通過(guò)改變這個(gè)交流電源的頻率實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度調(diào)節(jié)。變頻器通常由整流單元、中間電路、逆變器和控制器四部分組成，適用于變頻電機(jī)、普通交流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。

伺服驅(qū)動(dòng)器是一種更加復(fù)雜和精準(zhǔn)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，它是在開(kāi)環(huán)控制的交直流電機(jī)的基礎(chǔ)上，將通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器等獲取的速度和位置信號(hào)反饋給驅(qū)動(dòng)器做閉環(huán)負(fù)反饋的PID調(diào)節(jié)控制，再加上驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的電流閉環(huán)調(diào)節(jié)，使得輸出的位置、方位、狀態(tài)等被控量，能夠跟隨輸入目標(biāo)（如位移或轉(zhuǎn)角）的變化而自動(dòng)調(diào)控，形成一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡的隨動(dòng)系統(tǒng)。

變頻器和伺服驅(qū)動(dòng)器兩者的技術(shù)架構(gòu)和特性，決定了它們適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景。一般來(lái)講，變頻器系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，成本較低，功率更高，適合在對(duì)速度和力矩控制要求不是很高的場(chǎng)景中使用；而伺服驅(qū)動(dòng)器具有高精度、高性能、高響應(yīng)的特點(diǎn)，在有嚴(yán)格位置控制要求的場(chǎng)景中更適用。

圖1：變頻器（左）和伺服驅(qū)動(dòng)器（右）

（圖源：Phoenix Contact）

雖然技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景不盡相同，但是在工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的大潮中，變頻器和伺服驅(qū)動(dòng)器等電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備面臨的挑戰(zhàn)卻有很多相同之處，其中一個(gè)非常值得關(guān)注的課題就是PCB連接性設(shè)計(jì)上的挑戰(zhàn)。

一方面，隨著工業(yè)設(shè)備智能化水平的提升，需要越來(lái)越多地接入相關(guān)的傳感、控制信號(hào)和數(shù)據(jù)，以及供電電源，因此外部端口的設(shè)計(jì)會(huì)更復(fù)雜；另一方面，隨著設(shè)備功能的增加，工業(yè)設(shè)備內(nèi)部架構(gòu)也會(huì)變得越發(fā)復(fù)雜，內(nèi)部不同組件、模塊和PCB之間的互連性設(shè)計(jì)難度也會(huì)加大。

而且所有這些互連方案的設(shè)計(jì)，還必須要滿足小型化以及工業(yè)應(yīng)用特有的可靠性要求。此外，值得注意的是，工業(yè)PCB連接設(shè)計(jì)還需要考慮到現(xiàn)場(chǎng)裝配和維修等工作的要求，盡可能簡(jiǎn)化連接過(guò)程，讓連接操作更簡(jiǎn)便、更高效。

所有這些設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，轉(zhuǎn)化為對(duì)變頻器和伺服驅(qū)動(dòng)器PCB連接設(shè)計(jì)的要求，可以概括為以下四個(gè)要點(diǎn)：

1. 具有可靠的電氣連接特性

2. 適應(yīng)空間緊湊的應(yīng)用要求

3. 支持簡(jiǎn)便高效的配接操作

4. 提供靈活多樣的可擴(kuò)展性

好消息是，Phoenix Contact全系列工業(yè)PCB連接產(chǎn)品，就是為滿足上述這些要求而設(shè)計(jì)的，無(wú)論是外接端口還是內(nèi)部連接，開(kāi)發(fā)者都可以從中找到理想的解決方案！下文就為大家推介其中三款代表性的產(chǎn)品，相信它們可靠而高效的連接特性，一定會(huì)令你過(guò)目不忘。

PTS和PTSA PCB接線端子

PCB接線端子的作用，就是將線纜可靠地連接到PCB上。在很多人眼里，這是一個(gè)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的互連組件，但想要設(shè)計(jì)出一款滿足工業(yè)應(yīng)用要求的PCB接線端子，還是要費(fèi)一些心思。

以Phoenix Contact的PTS和PTSA PCB接線端子為例，為了實(shí)現(xiàn)更高效的快速接線，其采用了直插式技術(shù)，組裝時(shí)無(wú)需使用工具，按入式彈簧連接技術(shù)能夠在快速連接的同時(shí)確?；ミB的可靠性。與標(biāo)準(zhǔn)螺釘端接和實(shí)心導(dǎo)線插件選項(xiàng)相比，這種接線端子的接線速度更快，配接操作十分簡(jiǎn)便。此外，PTS和PTSA PCB接線端子還設(shè)有水平電線連接和集成測(cè)試點(diǎn)，可快速識(shí)別連接正確性，為用戶實(shí)際操作提供便利。

在設(shè)計(jì)靈活性和可擴(kuò)展性方面，PTS和PTSA PCB接線端子也有非常全面的考量。比如這些產(chǎn)品系列提供2至24位的型號(hào)可選；具有2.5、3.5、5和7mm腳距，額定電流范圍從2A至12A，額定電壓從160V至320V；同時(shí)，還可提供不同的安裝角度選項(xiàng)，包括45°、直角、直式、水平和垂直產(chǎn)品，可以滿足多樣化的設(shè)計(jì)要求。而且，由于這些PCB接線端子作為單片組裝，因此可輕松定制極數(shù)或色編碼，滿足用戶個(gè)性化的設(shè)計(jì)要求。

可見(jiàn)。PTS和PTSA PCB接線端子身上體現(xiàn)出的易用性和靈活性，可以滿足廣泛工業(yè)PCB連接場(chǎng)景中高效連接的要求，在變頻器和伺服驅(qū)動(dòng)器這兩種設(shè)備中應(yīng)用再合適不過(guò)了。

圖2：PTS和PTSA PCB接線端子

（圖源：Phoenix Contact）

COMBICON control接線端子

從名稱就能夠看出，COMBICON control是面向測(cè)量和控制應(yīng)用的PCB接線端子產(chǎn)品，其包括固定式和插拔式兩種類(lèi)型，前者適用于直接PCB連線，后者則可與插入式連接器適配，提供水平、垂直或傾斜等不同方向的快速連接。

圖3：COMBICON control接線端子

（圖源：Phoenix Contact）

簡(jiǎn)單易用、可靠而高效——這是COMBICON control接線端子非常突出的特點(diǎn)。為了達(dá)到這個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)，COMBICON control接線端子采用了螺釘、推入式彈簧、刺破式和壓接等不同的連接方式，這些連接方案各具特色，能夠滿足不同應(yīng)用的特定要求，而且它們都可以在確?？煽康碾姎膺B接的同時(shí)，大大簡(jiǎn)化配接的操作過(guò)程，樹(shù)立了行業(yè)標(biāo)桿。

圖4：COMBICON control接線端子采用多樣的連接方式（圖源：Phoenix Contact）

此外，COMBICON control接線端子中還包括經(jīng)過(guò)防爆認(rèn)證的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品已通過(guò)IEC/EN 60079-0 和IEC/EN 60079-7標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證，對(duì)于那些工作于有潛在爆炸性風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境的設(shè)備，此類(lèi)PCB接線端子顯然是不二之選。

MKKDS系列固定式接線端子是COMBICON control中的一個(gè)代表性產(chǎn)品，其采用雙排設(shè)計(jì)，接線密度高；且由于層間相互錯(cuò)開(kāi)，因此很便于接線操作。該產(chǎn)品提供3.5mm和5mm的針距，外形緊湊，螺釘接線的方式能夠確保線纜的穩(wěn)固連接，因此十分適合于變頻器控制電路接口等相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。

圖5：MKKDS系列固定式接線端子

（圖源：Phoenix Contact）

在COMBICON control可插拔連接器方面，DFMC系列是值得推薦的產(chǎn)品。該連接器是2.54mm和3.5mm針距的雙排超薄連接器，外形小巧；其采用彈簧接線的方式，提供可選的螺頂法蘭和鎖放桿，鎖放桿松開(kāi)時(shí)可起到助推作用，兼顧了連接的穩(wěn)固性和便利性，適用于伺服驅(qū)動(dòng)器控制電路接口等應(yīng)用場(chǎng)景。

圖6：DFMC系列可插拔連接器

（圖源：Phoenix Contact）

擁有優(yōu)異的特性，再加上豐富的產(chǎn)品組合，以及與波峰焊等自動(dòng)化生產(chǎn)工藝兼容，COMBICON control接線端子在工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的PCB連接中總是扮演著重要的角色。

無(wú)處不在的數(shù)據(jù)連接

隨著工業(yè)自動(dòng)化對(duì)于數(shù)據(jù)的依賴越來(lái)越多，提供可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B接器和通信接口在變頻器和伺服驅(qū)動(dòng)器中的應(yīng)用也日趨廣泛。

板對(duì)板連接器是實(shí)現(xiàn)高密度的PCB互連、實(shí)現(xiàn)更緊湊設(shè)計(jì)的重要技術(shù)路徑。針對(duì)工業(yè)設(shè)備內(nèi)部PCB連接，Phoenix Contact的FINEPITCH板對(duì)板連接器提供了一個(gè)理想的解決方案。該連接器系列提供從0.635mm到2.54mm各種腳距的產(chǎn)品，可滿足多種設(shè)計(jì)、堆疊高度和位數(shù)等個(gè)性化PCB布局的需求，產(chǎn)品也可支持夾層、共面以及母板與子卡的連接，為設(shè)計(jì)提供極大的靈活性。

圖7：FINEPITCH板對(duì)板連接器

（圖源：Phoenix Contact）

以FINEPITCH 0.8mm板對(duì)板連接器（FP 0,8系列）為例，為了實(shí)現(xiàn)可靠而高效的連接，其進(jìn)行了一系列的設(shè)計(jì)優(yōu)化。

● 首先，F(xiàn)P 0,8系列板對(duì)板連接器采用了創(chuàng)新的ScaleX技術(shù)，其雙觸頭設(shè)計(jì)支持長(zhǎng)達(dá)1.5mm的可變插配長(zhǎng)度，可確保連接的可靠穩(wěn)固。

● 其次，該板對(duì)板連接器可提供高公差補(bǔ)償，良好殼體結(jié)構(gòu)可以有效地保護(hù)觸頭，這為配接操作帶來(lái)很大的便利性。

● 再有，F(xiàn)P 0,8系列所提供的屏蔽型產(chǎn)品，采用特有的封閉屏蔽概念，實(shí)現(xiàn)了出色的電磁兼容（EMC）保護(hù)以及優(yōu)異的信號(hào)完整性，這使得其支持的數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)52Gbps。

● 最后，F(xiàn)P 0,8系列板對(duì)板連接器產(chǎn)品組合豐富，具有多種位數(shù)、6到18mm堆疊高度，以及屏蔽型和非屏蔽型不同類(lèi)型的產(chǎn)品，可以為設(shè)計(jì)帶來(lái)極大的自由度。

圖8：FP 0,8系列板對(duì)板連接器采用創(chuàng)新的ScaleX技術(shù)（圖源：Phoenix Contact）

總之，F(xiàn)INEPITCH系列板對(duì)板連接器具有出色的靈活性，能夠在較小空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)信號(hào)和數(shù)據(jù)傳輸，非常適用于變頻器和伺服驅(qū)動(dòng)器這類(lèi)工業(yè)PCB設(shè)備的內(nèi)部連接，滿足其小型化、多功能的設(shè)計(jì)要求。

在通信接口上，Phoenix Contact也有非常豐富的產(chǎn)品。如支持工業(yè)以太網(wǎng)連接的工業(yè)級(jí)RJ45連接器，Phoenix Contact就可以提供全系列的產(chǎn)品，設(shè)備端、現(xiàn)場(chǎng)端、預(yù)制電纜各類(lèi)產(chǎn)品一應(yīng)俱全，這些產(chǎn)品包括不同的配置，比如90°和180°的配接方向、單口和多端口的插座、支持五種出線方向等。而且Phoenix Contact的RJ45連接器均滿足波峰焊 / SMD / THR工藝要求，支持自動(dòng)化量產(chǎn)的要求。

圖9：Phoenix Contact的RJ45連接器

（圖源：Phoenix Contact）

Phoenix Contact的D-SUB連接器適用于變頻器編碼器接口等信號(hào)的互連，包括針式和孔式，以及9 / 15 / 25 / 44等信號(hào)接口，也提供電源+信號(hào)得混合型接口，產(chǎn)品種類(lèi)十分齊全。這些D-SUB連接器組裝簡(jiǎn)便，與IP67插頭殼體和面板安裝框架配合使用，能夠滿足工業(yè)應(yīng)用中更嚴(yán)格的密封性要求。