可靠而高效的工業(yè)PCB連接，如何輕松實現(xiàn)？

讓機器代替人去工作，是人類社會發(fā)展的一個主旋律，圍繞這個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)，使得整個流程更加高效、快速和無差錯，從此人類正式走入了工業(yè)自動化時代。

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

不過，無論工業(yè)自動化如何演變，在生產(chǎn)制造的現(xiàn)場，各種分析、決策和控制的最終落腳點，主要還是在電機這個執(zhí)行部件的驅(qū)動上——讓電機根據(jù)控制指令及時、準(zhǔn)確地動作，是不可或缺的關(guān)鍵一環(huán)。變頻器和伺服驅(qū)動器就是工業(yè)自動化中完成電機驅(qū)動很常見的設(shè)備。

電機驅(qū)動方案的連接挑戰(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，通過改變這個交流電源的頻率實現(xiàn)電機速度調(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、普通交流電機的驅(qū)動。

伺服驅(qū)動器是一種更加復(fù)雜和精準(zhǔn)的電機驅(qū)動設(shè)備，它是在開環(huán)控制的交直流電機的基礎(chǔ)上，將通過旋轉(zhuǎn)編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器等獲取的速度和位置信號反饋給驅(qū)動器做閉環(huán)負(fù)反饋的PID調(diào)節(jié)控制，再加上驅(qū)動器內(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）的變化而自動調(diào)控，形成一個能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)平衡的隨動系統(tǒng)。

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

圖1：變頻器（左）和伺服驅(qū)動器（右）

（圖源：Phoenix Contact）

雖然技術(shù)特點和應(yīng)用場景不盡相同，但是在工業(yè)自動化發(fā)展的大潮中，變頻器和伺服驅(qū)動器等電機驅(qū)動設(shè)備面臨的挑戰(zhàn)卻有很多相同之處，其中一個非常值得關(guān)注的課題就是PCB連接性設(shè)計上的挑戰(zhàn)。

一方面，隨著工業(yè)設(shè)備智能化水平的提升，需要越來越多地接入相關(guān)的傳感、控制信號和數(shù)據(jù)，以及供電電源，因此外部端口的設(shè)計會更復(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)計難度也會加大。

而且所有這些互連方案的設(shè)計，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)計還需要考慮到現(xiàn)場裝配和維修等工作的要求，盡可能簡化連接過程，讓連接操作更簡便、更高效。

所有這些設(shè)計挑戰(zhàn)，轉(zhuǎn)化為對變頻器和伺服驅(qū)動器PCB連接設(shè)計的要求，可以概括為以下四個要點：

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. 支持簡便高效的配接操作

4. 提供靈活多樣的可擴展性

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)計的，無論是外接端口還是內(nèi)部連接，開發(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，一定會令你過目不忘。

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，這是一個結(jié)構(gòu)相對簡單的互連組件，但想要設(shè)計出一款滿足工業(yè)應(yīng)用要求的PCB接線端子，還是要費一些心思。

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

在設(shè)計靈活性和可擴展性方面，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，還可提供不同的安裝角度選項，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，滿足用戶個性化的設(shè)計要求。

可見。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連接場景中高效連接的要求，在變頻器和伺服驅(qū)動器這兩種設(shè)備中應(yīng)用再合適不過了。

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）

簡單易用、可靠而高效——這是COMBICON control接線端子非常突出的特點。為了達到這個設(shè)計目標(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保可靠的電氣連接的同時，大大簡化配接的操作過程，樹立了行業(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)過防爆認(rèn)證的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品已通過IEC/EN 60079-0 和IEC/EN 60079-7標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證，對于那些工作于有潛在爆炸性風(fēng)險環(huán)境的設(shè)備，此類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中的一個代表性產(chǎn)品，其采用雙排設(shè)計，接線密度高；且由于層間相互錯開，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。

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，鎖放桿松開時可起到助推作用，兼顧了連接的穩(wěn)固性和便利性，適用于伺服驅(qū)動器控制電路接口等應(yīng)用場景。

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化生產(chǎn)工藝兼容，COMBICON control接線端子在工業(yè)自動化設(shè)備的PCB連接中總是扮演著重要的角色。

無處不在的數(shù)據(jù)連接

隨著工業(yè)自動化對于數(shù)據(jù)的依賴越來越多，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)動器中的應(yīng)用也日趨廣泛。

板對板連接器是實現(xiàn)高密度的PCB互連、實現(xiàn)更緊湊設(shè)計的重要技術(shù)路徑。針對工業(yè)設(shè)備內(nèi)部PCB連接，Phoenix Contact的FINEPITCH板對板連接器提供了一個理想的解決方案。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、堆疊高度和位數(shù)等個性化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)計提供極大的靈活性。

圖7：FINEPITCH板對板連接器

（圖源：Phoenix Contact）

以FINEPITCH 0.8mm板對板連接器（FP 0,8系列）為例，為了實現(xiàn)可靠而高效的連接，其進行了一系列的設(shè)計優(yōu)化。

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

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

●  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，實現(xiàn)了出色的電磁兼容（EMC）保護以及優(yōu)異的信號完整性，這使得其支持的數(shù)據(jù)傳輸速率高達52Gbps。

●  最后，F(xiàn)P 0,8系列板對板連接器產(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型的產(chǎn)品，可以為設(shè)計帶來極大的自由度。

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

總之，F(xiàn)INEPITCH系列板對板連接器具有出色的靈活性，能夠在較小空間內(nèi)實現(xiàn)信號和數(shù)據(jù)傳輸，非常適用于變頻器和伺服驅(qū)動器這類工業(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)場端、預(yù)制電纜各類產(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的互連，包括針式和孔式，以及9 / 15 / 25 / 44等信號接口，也提供電源+信號得混合型接口，產(chǎn)品種類十分齊全。這些D-SUB連接器組裝簡便，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。

圖10：Phoenix Contact的D-SUB連接器

（圖源：Phoenix Contact）

本文小結(jié)

工業(yè)自動化的發(fā)展，對變頻器和伺服驅(qū)動器等工業(yè)設(shè)備中的PCB連接提出了新的挑戰(zhàn)，可靠而高效的PCB連接解決方案成為開發(fā)者追求的目標(biāo)。

Phoenix Contact面向工業(yè)應(yīng)用的豐富的互連產(chǎn)品組合——包括PCB接線端子、插入式連接器、板對板連接器，以及RJ45和D-SUB連接器等——能夠很好地契合這一設(shè)計要求，助力開發(fā)者快速打造出理想的解決方案。