Angenommen ich habe eine Schaltung, bei der ein Konstantstrom von 6A fliesst zB für die Ansteuerung eines Motors. Laut der Tabelle hier 1mm Leiterbahnbreite bei 70um Kupferdicke. https://www.mikrocontroller.net/articles/Leiterbahnbreite Kurzzeitig aber würden auch 24-30 Ampere fliessen (Beschleunigung etc.). Wie müssen nun die Leiterbahnen ausgelegt werden? Trotzdem 1mm bei 70um?
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mauri schrieb: > Wie müssen nun die Leiterbahnen ausgelegt werden? Würde mal 5 mm mindestens vorschlagen, aber es lässt sich auch mit Drahtverstärkung arbeiten... Zu beachten ist in jedem Fall die Erwärmung der Leiterbahn...
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Angenommen, eine Leiterbahn erwärmt sich bei 6A um +50K
Dann erwärmt sie sich bei 30A um +1250K, da die Leistung quadratisch
steigt.
Du kannst jetzt argumentieren, dass der Motor in 10ms auf Drehzahl ist,
aber spätestens wenn der Motor mal für 2 Sekunden blockiert ist das
Kupfer dematerialisiert.
>Würde mal 5 mm mindestens vorschlagen,
Ja. So was in der Richtung.
Quadrat schrieb: > Angenommen, eine Leiterbahn erwärmt sich bei 6A um +50K > > Dann erwärmt sie sich bei 30A um +1250K, da die Leistung quadratisch > steigt. Du vergleichst Äpfel mit Birnen. Es geht bei den 30A ausdrücklich um eine dynamische Strombelastung. Wie sich die auf die Temperatur auswirkt, hängt von der Wärmemenge und von der Wärmekapazität ab. Ohne Zahlen für "kurzzeitig", ist es müßig über dieses Problem zu diskutieren.
Du solltest auch den Spannungsabfall rechnen. Solche Werte sind eher zu betrachten als Minimum fuer sehr kurze Abschnitte, weil der Platz an einer Stelle gerade fehlt.
mauri schrieb: > Angenommen ich habe eine Schaltung, bei der ein Konstantstrom von 6A > fliesst zB für die Ansteuerung eines Motors. Laut der Tabelle hier 1mm > Leiterbahnbreite bei 70um Kupferdicke. > https://www.mikrocontroller.net/articles/Leiterbahnbreite Auch wenn du dir bei der Erwärmung deiner Leiterplatte um 30K durch die Leiterbahn(!!) keine Sorgen machst: ich würde mir Sorgen machen. Denn das bedeutet fast automatisch, dass alle die Bauteile in der Nähe dieser Leiterbahn schon ohne Eigenerwärmung um 30°C wärmer angesetzt werden müssen und deshalb schneller altern. mauri schrieb: > Kurzzeitig aber würden auch 24-30 Ampere fliessen (Beschleunigung etc.). Das ist nicht "kurzzeitig" im Sinne der Leiterbahn. "Kurzzeitig" ist die Energiemenge (I2t), die eine Leiterbahn in sich selbst aufnehmen kann, ohne sie über die Platine entwärmen zu müssen. "Kurzzeitig" ist irgendwas im ms Bereich. Du musst also zwei Dinge definieren: - wie lange dauert diese kurzzeitige Belastung? - wie oft tritt diese kurzzeitige Belasung auf? > Wie müssen nun die Leiterbahnen ausgelegt werden? > Trotzdem 1mm bei 70um? Ich würde mich nicht wundern, wenn diese recht unterdimensionierte Leiterbahn im Laufe der Zeit mitsamt der Leiterplatte braun und unansehnlich würde...
6A auf einem freien Draht rechnet man als 1mm^2. Auf einem 70u Print wuerde ich eher auf 5mm gehen. Vergiss eine Drahtversterkung oben drauf. Und eine Zinnverstaerkung waere maximal schlecht.
Zwölf M. schrieb: > Und eine Zinnverstaerkung > waere maximal schlecht. Warum wäre eine Zinnverstärkung schlecht? Auch wenn Zinn nicht so eine gute Leitfähigkeit wie Kupfer hat, ein bisschen helfen würde es doch trotzdem. Zumindest ist das besser als ganz ohne Zinn.
Nein. Zinn ist 7 mal schlechter. Bedeutet mit 0.5mm Zinn oben drauf hat das Zinn erst denselben widerstand wie das Kupfer, welches mit der Heizerei zu Messing legiert ist, und dadurch 4 mal schlechter geworden ist. Wirklich - vergiss es.
Konstantin schrieb: > Warum wäre eine Zinnverstärkung schlecht? Die Begründung steht großteils im Artikel, der schon im Eröffnungsthread verlinkt ist: Leiterbahnbreite
Konstantin schrieb: > Warum wäre eine Zinnverstärkung schlecht? Auch wenn Zinn nicht so eine > gute Leitfähigkeit wie Kupfer hat, ein bisschen helfen würde es doch > trotzdem. Zumindest ist das besser als ganz ohne Zinn. Vergrößert die Fläche zur Luft etwas, mehr Masse für Impulsbelastung -> Kühler. Bei Dauerlast nur Zinnverschwendung.
Teo D. schrieb: > Bei Dauerlast nur Zinnverschwendung. Lothar M. schrieb: > Die Begründung steht großteils im Artikel Gut. Also bringt eine verzinnte Leiterbahn höchstens 10% mehr Strombelastbarkeit. Klar, dafür lohnt sich der Mehrverbrauch an Lötzinn meistens natürlich nicht.
Danke allen für die Antworten. Ich weiss nicht wie lange so ein Beschleunigungszyklus bei einem Motor so dauert. Wenn ich mal so von den Wettkampf-Quadrocoptern spreche heizen die ja so ziemlich herum. Wie schätzt man so etwas ab? Wie rechne ich den benötigten Querschnitt bei 6A eigentlich? Die 5mm wären dann jedoch nur für die Leitungen wo richtig Strom durchgeht. Die kann man doch sicher auf der Platine von den sonstigen Bauteilen irgendwie trennen und in einem Bereich layouten, wo die anderen Bauteile davon weniger betroffen sind. Wie würdet ihr das machen?
Und wie ist das mit der Drahtverstärkung gemeint? Draht mit anlöten? Wie plant man das im Platinenlayout. Gibt es da etwas, was man vorsieht, damit das Anbringen des Drahtes erleichtert wird beim Löten?
mauri schrieb: > Kurzzeitig aber würden auch 24-30 Ampere fliessen (Beschleunigung etc.) Die solltest du als Dauerbelastung betrachten - Die Leiterbahnen haben sehr wenig Masse, erwärmen sich also extrem schnell, und bei einem Beschleunigungsvorgang eines Motors sind sie weggeflogen bevor der Motor auf Touren kommt. Konstantin schrieb: > Gut. Also bringt eine verzinnte Leiterbahn höchstens 10% mehr > Strombelastbarkeit Es wäre auch ziemlich schwierig, so eine dicke Zinnauflage reproduzierbar aufzubringen, besonders bei Serienfertigung. Von Hand gelötet hast du eine Zinnauflage mit einem Buckel in der Mitte und wenig Zinn an den Rändern. Wellenlöten kann man gleich vergessen, da sieht die Oberfläche eher aus wie ein wogendes Meer. Das so etwas bei chinesichen Billignetzteilen üblich ist muss man ja nicht als Vorbild nehmmen. Georg
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mauri schrieb: > Und wie ist das mit der Drahtverstärkung gemeint? Ich vermute so wie auf dem Bild. Achte beim Routen aber darauf, dass sich an diesen Stellen kein Lötstopplack befindet.
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Hui hui... Also ich bin ja schon sportlich an die Sache rangegangen, aber 1mm ist schon enorm wenig alleine schon für 6A Dauerstrom. Mir wurde hier gerade geholfen, und da ging es um 5A. Am Ende sind es nun 4mm bei 2oz Kupferauflage geworden (Sicherheitspuffer).
Wer mag mir erklären, warum Drahtverstärkung Unsinn ist? Mit einem fetten 0,8 mm²-Draht transportiert sich der Strom viel entspannter. Schwierig ist nur das Löten, da braucht es eine Lötstation mit Bums.
Hubert schrieb: > Wer mag mir erklären, warum Drahtverstärkung Unsinn ist? Wie, wo, was...? Wer schreib so etwas? (Den Draht oben auf Zinnkleckse zu pappen, ist suboptimal. Als Bauteil planen!) Nicht schön und für Massenproduktion nicht gut geeignet, OK.
Teo D. schrieb: > Hubert schrieb: >> Wer mag mir erklären, warum Drahtverstärkung Unsinn ist? > > Wie, wo, was...? Wer schreib so etwas? (Den Draht oben auf Zinnkleckse > zu pappen, ist suboptimal. Als Bauteil planen!) > Nicht schön und für Massenproduktion nicht gut geeignet, OK. Was macht man in Masseproduktion?
mauri schrieb: > Was macht man in Masseproduktion? Ne anständige Platine mit ausreichen Kupfer, ohne extra Nachbearbeitung. Fertigst du in billigst Lohnländer, sieht's natürlich anders aus (die verzichten auf beides;).
Quadrat schrieb: > Du kannst jetzt argumentieren, dass der Motor in 10ms auf Drehzahl ist, > aber spätestens wenn der Motor mal für 2 Sekunden blockiert ist das > Kupfer dematerialisiert. Einen Motorregler ohne Strommessung/Stromregelung zu bauen ist ja auch dumm und grob fahrlässig. Lothar M. schrieb: > Auch wenn du dir bei der Erwärmung deiner Leiterplatte um 30K durch die > Leiterbahn(!!) keine Sorgen machst: ich würde mir Sorgen machen. Dann hast du noch nie richtige Leistungselektronik gemacht, oder? Natürlich muss man die höheren Bauteiltemperaturen berücksichtigen, aber das ist kein wirklicher Grund zur Sorge. 30K ist pillepalle. Hatte schon Designs gesehen mit 60K und mehr, und die laufen jahrelang tausendfach bei 24/7 Volllast. Einfach Bauteile mit entsprechendem Temperaturbereich auswählen und fertig. Man bekommt heutzutage quasi alles in 105-125°C. Und in der Regel macht man eine Messung oder Thermographie. Da kann man sich auch gleich die Überlastfälle anschauen. Elkos muss man eh berechnen, da nimmt man einfach die reale Temperatur an und nicht irgendeinen Fantasiewert. mauri schrieb: > Was macht man in Masseproduktion? Habe schon Platinen mit eingelöteten Litzen oder Schienen gesehen. Aber das sind schon Extremfälle (>100A, oder sehr wenig Platz). Bei 6A Dauerstrom reichen normale Leiterbahnen locker. Normalerweise nimmt man Multilayer-Platinen (ggf. mit dickerem Kupfer) und führt die Leiterbahn durch mehrere Lagen parallel. Bei 4 Lagen hat man den Widerstand und damit die Verlustleistung geviertelt. Die Wärme kann dann auch über beide Seiten abgeführt werden.
mauri schrieb: > Was macht man in Masseproduktion? Beispielsweise Stromschienen[1] als THT-Bauelemente oder in die Leiterplatte eingebettete Kupferprofile[2] [1] https://www.secomp.de/de_DE/schroff-leiterplatten-stromschienen-lp-schiene-1pol-5te-l210/i/26158467 [2] http://www.all-electronics.de/leiterplatten-design-fuer-hohe-stroeme-auf-kleiner-flaeche/
Oder man verwendet Stanzgitter für die hohen Ströme und macht nur die Ansteuerung auf ein PCB. Im Extremfall kommt der Die dann mit der Source direkt aufs Stanzgitter, Drain wird dann gebondet. Damit ist auch gleich die Wärmeabfuhr geregelt. Für Einzelstücke im heimischen Keller ist das aber eher nichts, Drahtbonder dürften hier die wenigsten rumstehen haben ;)
Easy-DC schrieb: > Habe schon Platinen mit eingelöteten Litzen oder Schienen gesehen. Aber > das sind schon Extremfälle 100 A sind noch machbar mit 2 seitig Dickkupfer 210 µ und 20 mm Leiterbahnbreite, also noch ziemlich konventionell. Wir haben schon vor mehr als 20 Jahren solche Leiterplatten für einen grossen Konzern hergestellt für Umrichter usw. Die hatten das sorgfältig analysiert und festgestellt, dass bei mittleren und hohen Stückzahlen auch eine teure Leiterplatte günstiger ist als jede manuelle Verdrahtung mit Stromschienen, Stanzblechen oder ähnlichem. Ein Problem ist, Hochstrom-Leiterbahnen und SMD-Bauteile zusammen auf einer LP unterzubringen, aber auch das wird von vielen Herstellern beherrscht, das Dickkupfer muss eben selektiv aufgebracht werden. Multilayer bringen nicht sehr viel mehr, der Widerstand wird zwar geringer, aber es kann kaum mehr Wärme abgeführt werden, die Innelagen werden bei gleicher Geometrie viel heisser als die Leiterbahnen aussen. 1 mm ist natürlich völliger Unsinn, ich empfehle 10 mm mit 70 µ, das hält auch die Anlaufströme leicht aus. Georg
Es gibt ja die Universal-Regler fuer ferngesteuerte Autos, Fluggeraete etc. Diese Platinen sind ziemlich klein. Ich kann mir kaum vorstellen, dass dort eine Leiterbahn 10mm dick drauf ist. Die muessen den mindeststrom von 20-30A im Anlauf doch sicher auch koennen! Was haben die gemacht?
mauri schrieb: > dass dort eine Leiterbahn 10mm dick drauf ist. Nicht dick, aber breit. > Was haben die gemacht? Breite Leiterbahnen, Kupferflächen, kompakter Aufbau. Und die löten den Anschlussdraht quasi direkt an die Transistoren... https://www.modellbau-regler.de/shop/product_info.php?products_id=15 http://www.rc-heaven.eu/mcpx-full-brushless-Regler
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georg schrieb: > 100 A sind noch machbar mit 2 seitig Dickkupfer 210 µ und 20 mm > Leiterbahnbreite, also noch ziemlich konventionell. Ja. Dann hat man aber eben das Problem mit der SMD-Bestückung. Wenn man viel Platz hat und die Leiterplatte eigentlich nur als bessere Busbar nutzt ist das in Ordnung. georg schrieb: > Ein Problem ist, Hochstrom-Leiterbahnen und SMD-Bauteile zusammen auf > einer LP unterzubringen, aber auch das wird von vielen Herstellern > beherrscht, das Dickkupfer muss eben selektiv aufgebracht werden. Oder man geht eben auf Multilayer mit dickeren Innenlagen. Dann kann man problemlos noch 0603 und Finepitch bestücken. georg schrieb: > Multilayer bringen nicht sehr viel mehr, der Widerstand wird zwar > geringer, aber es kann kaum mehr Wärme abgeführt werden, die Innelagen > werden bei gleicher Geometrie viel heisser als die Leiterbahnen aussen. Mehr Breite ist natürlich immer besser, wenn man den Platz hat (was heutzutage oftmals eben nicht mehr der Fall ist). Ansonsten bringt mehr Querschnitt eben schon etwas. Und natürlich platziert man massig Vias für den Wärmetransport.
Lothar M. schrieb: > mauri schrieb: >> dass dort eine Leiterbahn 10mm dick drauf ist. > Nicht dick, aber breit. > >> Was haben die gemacht? > Breite Leiterbahnen, Kupferflächen, kompakter Aufbau. Und die löten den > Anschlussdraht quasi direkt an die Transistoren... > https://www.modellbau-regler.de/shop/product_info.... > http://www.rc-heaven.eu/mcpx-full-brushless-Regler Ich meinte natürlich breit. ;P Also sind das keine gepfuschte Lösungen?
mauri schrieb: > Also sind das keine gepfuschte Lösungen? Modellbau ist keine professionelle Anwendung.
Easy-DC schrieb: > Wenn man > viel Platz hat Layout ist immer ein Kompromiss. Leiterplatten wie wir sie gefertigt haben waren schon ziemlich gross wegen der Leistungsbauteile und den Kühlkörpern dazu, da war schon Platz für Kupferflächen, nicht nur breite Leiterbahnen. Ein Multilayer in einem solchen Format (bis DIN A4) wäre schon sehr teuer geworden und nicht viel kleiner. Man muss ja auch einen Frequenzumrichter für Motoren mit einigen kW nicht unbedingt in einem Handygehäuse unterbringen. Georg
georg schrieb: > Layout ist immer ein Kompromiss. Leiterplatten wie wir sie gefertigt > haben waren schon ziemlich gross wegen der Leistungsbauteile und den > Kühlkörpern dazu, da war schon Platz für Kupferflächen, nicht nur breite > Leiterbahnen. Das restliche Design muss natürlich dazu passen, dann kriegt man den Kram auch kompakter hin. Ist natürlich auch eine Preisfrage, wenn der Kompromiss "billig, aber größer" aussieht, passt das ja. georg schrieb: > Man muss ja auch einen Frequenzumrichter für Motoren mit einigen kW > nicht unbedingt in einem Handygehäuse unterbringen. Bei Frequenzumrichtern ist natürlich billigst gefragt; bei Servoumrichtern sieht das z.B. anders aus.
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