Hallo, ich bin gerade dabei einen kleinen einphasigen Wechselrichter für mein Auto zu bauen. Die Ausgangsleistung beträgt in der ersten Version nur 20 Watt. Die Größe soll in etwa 70 mm x 60 mm x 40 mm (L x B x H) betragen. Die Zwischenkreisspannung wird mit einem Vollbrücken-Gegentaktflusswandler erzeugt und nachher mit einer Halbbrücke in 230 VAC umgewandelt. Da ich mir persönlich wünsche, dass das Teil auch noch in einer Höhe von 4000 Meter funktioniert, habe ich mal in die IEC60664 reingeschaut und gesehen, dass für die Höhe ganz schöne Korrekturfaktoren für Luft- und Kriechstrecken von Faktor 2 vorkommen. Auch der Einfluss von den Frequenzen ist bei den Isolatoren anscheinend nicht zu verachten. Bisher habe ich bei alten Projekten immer die HV-Komponenten auf der Oberseite positioniert und die LV-Komponenten z.B. zur Ansteuerung auf der Unterseite. Dieses Mal werde ich aber aufgrund des geringen Platzes Hoch- und Niederspannungskomponenten auf der selben Seite platzieren müssen und sehr wahrscheinlich Signalleitungen einen Layer unterhalb von HV-Leitungen und Flächen führen müssen. Wie viel Abstand würdet ihr zwischen HV- und LV-Lage bei FR4 lassen? Welches Platinenmaterial würdet ihr mir empfehlen? Viele Grüße Hans
Kleiner Nachtrag: Ich habe vergessen zu erwähnen, dass ich pro Platine gerne 4 Lagen benutze. Viele Grüße Hans
Hans schrieb: > ...Signalleitungen einen Layer unterhalb von > HV-Leitungen und Flächen führen... Würde ich nicht riskieren > Wie viel Abstand würdet ihr zwischen HV- und LV-Lage bei FR4 lassen? weil bei 4 Lagen nur der Kern massives FR4 ist und die Isolation zwischen Lage 1 und 2 fast beliebig dünn und ungleichmäßig sein kann, angeblich bis hin zu Luftblasen. > Welches Platinenmaterial würdet ihr mir empfehlen? Vielleicht kein anderes Material, soo hochfrequent arbeitet das Gerät ja doch nicht, aber einen definierten Lagenaufbau. Ein dünnerer Kern und mehr Prepreg ist aber Glaubenssache. Vielleicht baut jemand Kupfer-Kern-Kupfer-Prepreg-Kupfer-Kern-Kupfer. Aber für Einzelstücke?
Bei Multi-CB habe ich mal eine Leiterkarte angefragt, mit der Bitte(!), einen von mir vorgegebenen Lagenaufbau einzuhalten. Die schreiben auf ihrer Webseite ja, welche Materialien sie verwenden. Letztendlich habe ich natürlich keine Bestätigung dafür bekommen (war ja kein direkter Teil des Angebots und ich habe dafür nichts extra bezahlt), ob der Lagenaufbau tatsächlich gestimmt hat, aber zumindest die Dicke der Leiterkarte hat am Ende gepasst. Es war übrigens eine sechslagige Platine.
Bauform B. schrieb: > die Isolation > zwischen Lage 1 und 2 fast beliebig dünn und ungleichmäßig sein kann, > angeblich bis hin zu Luftblasen. Das ist bei einem seriösen Hersteller nicht nur Unsinn, sondern ein bösartige Unterstellung. Schon garnicht dürfen sie beliebig dünn sein, das legt ja der Layouter fest und nicht der Hersteller. Georg
Bauform B. schrieb: > weil bei 4 Lagen nur der Kern massives FR4 ist und die Isolation > zwischen Lage 1 und 2 fast beliebig dünn und ungleichmäßig sein kann, > angeblich bis hin zu Luftblasen. Da steckt schon viel wahres drin. Prinzipiell ist bei dem ganz normalen 4-Lagen ML ein Laminatkern, d.h. eine fertige, nur dünnere, FR4 Platine, die Schon strukturiert ist, darauf kommen mindestens 2 Lagen Prepreg (Nach IPC Norm) Prepreg ist eine Glasfasermatte, gewebt, aus Kett- und Schussfäden) welches mit einem Epoxydharz getränkt ist. Dieses Harz ist getrocknet, aber noch nicht ausgehärtet. So, da das ein Gewebe ist, kann sich da natürlich auch mal was verschieben, ab und an kommt es auch vor, dass es Einschlüsse gibt (Insekten z.B.) an solchen Stellen hast du dann natürlich nicht die Datenblattlich zugesicherten Eigenschaften. Um das etwas zu kompensieren fordert die IPC, dass mindestens 2 Prepreg Lagen zwischen 2 Kupferlagen sind. Man geht einfach davon aus, dass sich 2 Fehlstellen nicht an einer Stelle bündeln. bzw. ist die Wahrscheinlichkeit dafür doch so gering, dass es akzeptabel wird. Man kann natürlich, um Sicher zu gehen, auch 3 Prepreg Lagen nehmen, je dicker, desto besser. Aber: das alles ist in der Theorie gut, und wird normalerweise auch funktionieren. Wenn du das für dich selbst baust, ist das auch gar kein Problem. Schwieriger wird es, wenn du das auch verkaufen willst. Ich kenne mich mit der Hausgerätenorm nicht gut genug aus, aber die EN60601 für Medizingeräte verlangt einen durchgehenden Graben. Da darf kein Kupferfitzelchen drin sein. Auch nicht auf Innenlagen. jedenfalls nicht bei Sicherheitsrelevanten Isolationsstrecken. Du musst ja auch den Fall bedenken, dass etwas schief geht. Wenn z.B. ein, aus welchen Gründen auch immer, sehr viel höherer Strom fließt als eigentlich geplant wird das deine Leiterbahn sehr deutlich erwärmen. Irgendwann Carboniert dabei dann das Epoxydharz. In dem Moment hast du sofort eine massive Verringerung deiner Abstände, da dann nämlich das FR4 Elektrisch leitfähig wird. Das senkt dann zwar die Temperatur des Leiterzuges, aber ein isolationsabstand ist dann nicht mehr gegeben, im schlimmsten Fall. Man muss also bei solchen Betrachtungen auch und immer den Fehlerfall mit berücksichtigen. Nun kannst du sagen: ok, für die 30W lege ich meine Leiterbahn so aus, dass ich bei 1A Stromfluss maximal auf 20°C Temperaturerhöhung komme und schütze den Leiterzug mit einer 0.5A mt Sicherung. Damit sollte das beschriebene Szenario nicht mehr eintreten können. Je nachdem, was in der zuständigen Norm steht, kann es aber dennoch nicht erlaubt sein. Klar, du kannst natürlich auch von der Norm abweichen, ist ja kein Gesetz. Allerdings musst du dann zumindest nachweisen, dass du dir ausreichend Gedanken gemacht hast, das Risiko für den Anwender dennoch so gering wie möglich zu halten.
Georg schrieb: > das legt ja der Layouter fest und nicht der Hersteller. Hängt davon ab was Du bereit bist zu bezahlen. Ich bin immer gut damit gefahren genau den Lagenaufbau zu verwenden den der Hersteller vorgibt und mit dem er sich auskennt. Bei Pool Lieferanten hat man eh nicht die Wahl. Bauform B. schrieb: > Würde ich nicht riskieren Es dürfte schwer sein einen festen Isolator zu finden der weniger als 1KV isolieren kann. Also ja, ich würde das jederzeit so machen. @TO: Was gefällt Dir an den unzähligen Wechselrichtern nicht die man billig kaufen kann? Wenn Du Dir unsicher bist, lackiere das ganze mit Polyurethan. Dann ist das auch gegen Feuchtigkkeit und Schmutz ganz gut geschützt.
Hallo Hans, welche Luft- und Kriechstrecken definiert die von dir zugrunde gelegte EN60664? LV und HV würde ich nicht "gegenüberliegend" routen, warum? Weil dir die Wechselspannung der HV mit Sicherheit "übersprechen" wird. Das könntest du primär nur durch eine Schirmlage in Layer 2 oder 3 zumindest verringern. Ich würde es versuchen zu umgehen. Egal wie rum, du koppelst kapazitiv ein. Gegen FR4 spricht sicher nichts, ob ggf. High Performance Materialen oder gar Keramik Träger Vorteile bringen, denke ich nicht. Hier sind sicherlich deine erwarteten Frequenzen nicht unerheblich bei der Betrachtung. Was ich dir mit Sicherheit sagen kann, das die 35...50 kV Spannungsfestigkeit pro mm bei FR4 sehr mit Vorsicht zu genießen sind. Wenn du dauerhaft hohe Spannungen und Temperaturen hast, wirst du u.a. mindest. an Grenzflächen mit bzw. durch Potentialunterschiede(n), Ladungsträgerverschiebungen haben. Wenn diese dauerhaft d.h. also im Normalbetrieb auftreten, wird sich die Isolationseigenschaft dauerhaft verschlechtern. Ganz wichtig, bereits im Layout Tool solltest du deine Design Roules Lagenübergreifend zwecks DRC korrekt einstellen. Ein definierter Lagenaufbau ist ganz wichtig. Prepregs "dünn", aus Luft oder undefiniert gehen überhaupt nicht. Dein Roh-Lp Hersteller benötigt einen definierten Lagenaufbau und dieser ist aus genannten Gründen wichtig. Was teilweise zwecks Kriechstreckenerhöhung in der Praxis gemacht wird, sind z.B. Schlitze. Bedenke auch grundsätzlich, dass potentialfreie jedoch Teile wie z.B. Schraube, Scheiben, Muttern, Frontplatten etc...als potentialführend zu betrachtet sind wenn diese zwischen Potentialen liegen. Diese also entsprechend ihren Abmaßen die Luft-/ Kriechstrecken verringern. Das wurde und wird von selbst vielen sogenannten Fachkräften regelmäßig missachtet. Immer mehr Normen nehmen diese fachliche Unfähigkeit zwecks deren Kompensationen in ihren Normentext bzw. als Hinweis mit auf. Bitte nicht mit solchen Geigel: "Was des Entwicklers Hirn nicht ziert" wird mit Coating zugeschmiert anfangen. Coating ein Mittel um ggf. Verschmutzungsgrade, PD1...PDx zu beeinflussen. Viel Erfolg und Grüße Oli
Oli schrieb: > Was teilweise zwecks Kriechstreckenerhöhung in der Praxis > gemacht wird, sind z.B. Schlitze. Prinzipiell richtig, hat aber in der Praxis einen großen Pferdefuss, der die Anwendung auf sehr vielen Platinen, die ich schon gesehen habe, ad absurdum führt. Das Problem ist nämlich, dass man Schlitze in der Regel dort hin macht, wo man eine sehr enge Stelle hat, die man nicht ohne weiteres verbreitern kann. Wo hat man sowas normalerweise? Im Regelfall z.B. unter einem Optokoppler für die Rückmeldung / Steuerung oder unter dem Trafo. So. Das Problem dabei ist: Diese Bauteile haben auch ein Gehäuse. Alle Abstände zwischen Pins und Gehäuse müssen mindestens 0,8mm sein. Sind sie kleiner kann man sie auf Null reduzieren. Wenn du dann den Optokoppler über solch einem Schlitz montierst hast du die Kriechstrecke am OK Gehäuse, dann ist der Schlitz auf der LP Vollkommen sinnlos. Das "lustigste" was ich in der Form mal gesehen hab war ein TO264 Gehäuse, dessen Pins im Wechsel gebogen waren und zwischen den Pins je eine kleine Ausfräsung vorhanden war. Dass man am Gehäuse nur ca. 2,5mm Abstand hat wurde hier komplett ignoriert. Das sind so die Momente, wo man sieht, dass der Layouter nicht bis 3 gezählt hat.
Hallo Hans, ich nochmal. Bezüglich der geforderten Abstände, schaue bitte in die EN. Üblicherweise steht in dieser oder einer verwiesenen Norm, meist in Tabellenform, entsprechend zur Betriebsspannung die entsprechende Bemessungsspannung und daraus die resultierende Luft- und Kriechstrecken. Meist werden hierbei noch Abhängigkeiten zur Höhe (hast du schon angesprochen), Verschmutzungsgrad und weiteren Umgebungsbedingungen eingebracht. Zu den Schlitzen noch ein Hinweis. Die entsprechend geometrische Rückstellung von Innenlagen zum Schlitz nicht vergessen, da diese sonst im Schlitz (da offen) als Kriechstrecke (Lagenübergreifend) agieren und nicht mehr die Isolation des Basismaterials selbst. Grüße Oli
AFAIK: Beim PCB Aufbau kannst du einen Kern als (sicherheitsrelevante) Isolationsstrecke nehmen. 0,4mm reichen sogar zur Trennung von 230V und Schutzkleinspannung (auch AFAIK). Aber ein Prepreg, auch zwei Layer Prepreg, zählen gar nichts für sicherheitsrelevante Isolationsstrecken. Die kann man also nur als Funktions-Isolation nehmen (d.h. ein Durchbruch der Isolation hat nur Einfluß auf die korrekte Funktion, nicht auf die Sicherheit).
asd schrieb: > Funktions-Isolation Da in diesem Fall von 12VDC auf 230VAC gewandelt wird und die 230 bei einer Funktionsstörung zusammenbrechen, reicht m.E. Funktionsisolierung aus. Ohnehin liegt hier ein 12V Inselsystem vor, bei dem ich nicht mit Überspannung aus dem Netz (Schaltfehler, Blitz, etc.) rechnen muss. Ich frage mich ob man da überhaupt die EN60664 anwendet oder den Wechselrichter nicht wie z.B. eine Zündspule betrachten kann. Eine potentiel gefährliche Spannung, die nicht potentialgetrennt ist und mit dem Rückleiter auf Chassis Potential liegt. Im Fall des Wechselrichters also etwas in der Art wie ein TN-C Netz. PEN + Phase.
Hallo, schon einmal vielen Dank für die ganzen sehr hilfreichen Antworten. Ich frage mich hauptsächlich 2 Dinge. Ich finde auch die Medizinzulassung ein sehr gutes Beispiel. Ich frage mich, wie genau das mit dem Graben gelöst wird. 1) Wenn man den Kern als verbesserte Isolationsbarriere nimmt hat man ja immer noch das Problem, dass an irgendeiner Stelle z.B. bei der Gateansteuerung bei einer Halbbrücke nur über den Abstand und Lötstopplack getrennt sind. Der Abstand ist vom Bauteil vorgegeben und daher meistens sehr klein. Werden die Leitungen in so einem Fall über Vias erst direkt unterhalb der benötigten Stelle durchgeführt, um die Fläche möglichst klein zu halten? 2) Wenn man sich die vielen z.B. Hochspannungstransistoren anschaut, findet man immer wieder Gehäuseformen mit einem Pinabstand der deutlich geringer ist als der eigentlich laut Norm vorgeschriebene Wert. Wie kann man den Einsatz von sowas bei größeren Höhen dann rechtfertigen? Ein gutes Beispiel sind die DFN8-Gehäuse von Infineon, EPC-GaNs oder SiC-MOSFETs im TO263-7 Gehäuse. Werden dort wirklich Teile aus der Platine ausgefräst, um den Kriechabstand zu erhöhen? Vergießen hilft ja meines Erachtens nur gegen die Luftstrecke? Viele Grüße Hans
Wenn hier ernsthaft damit gerechnet wird dass in den Multilayer-Innenlagen Insekten verpresst werden frage ich mich schon wo so etwas gefertigt wird. Da hätte ich auf keinen Fall genug Zutrauen für LP die in 4000m Höhe zuverlässig isolieren sollen. Ich bin mir sehr sicher dass das bei unseren ML-Fertigungen nie vorgekommen ist. Es ist auch nach Jahrzehnten das erste mal dass ich von so etwas höre. Georg
Es kann sein dass das Problem heutzutage weniger Auftritt. S.4: https://www.google.de/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fescies.org%2Fdownload%2FwebDocumentFile%3Fid%3D63402&psig=AOvVaw3eBZPWT3adt7CRRW05mds4&ust=1621756993411000&source=images&cd=vfe&ved=0CAkQjhxqFwoTCJj7693p3PACFQAAAAAdAAAAABAE
> Pinabstand der deutlich > geringer ist als der eigentlich laut Norm vorgeschriebene Wert. Bei den Transistoren braucht man ja nur den Abstand der als Funktionsisolierung in der Norm steht. Das ist sehr viel weniger als für sicherheitsrelevate Isolationsstrecke (measure of protection) Ja, und bei einigen TO-220 Gehäusen frage ich mich wie sich das der Hersteller mit den Kriechstrecken vorstellt...
> Da in diesem Fall von 12VDC auf 230VAC gewandelt wird und die 230 bei > einer Funktionsstörung zusammenbrechen, reicht m.E. Funktionsisolierung > aus. > Ohnehin liegt hier ein 12V Inselsystem vor, bei dem ich nicht mit > Überspannung aus dem Netz In dieser Situation kannst du folgendermaßen Denken: Innerhalb des Bereichs mit den 230V brauchst du nur Funktionsisolierung, denn es kann dem Anwender nichts passieren wenn so eine Isolierung zusammenbricht (außer dass das Gerät dann nicht mehr geht) Zwischen den 230V und den 12V brauchst du Schutzisolierung (MOP = measure of protection) weil der 12V Teil und alles was vorne dran hängt (Batterie, etc) vermutlich nicht durchgehend gegen Berühren geschützt ist (und du das auch nicht machen willst weil das aufwändig ist). Deswegen wäre es ein Sicherheitsrisiko für den Anwender wenn so eine Isolierstrecke durchbricht. In der Praxis sind bei einer Isolierstrecke die eine "MOP" sein muss bei gleicher Spannungsfestigkeit die Luft- und Kriechstrecken höher und bei der Platine zählt ein Prepreg nicht als MOP-Isolierung, nur ein Kern zählt (aber 0,4mm reichen schon). > Wenn man den Kern als verbesserte Isolationsbarriere nimmt hat man ja > immer noch das Problem, dass an irgendeiner Stelle z.B. bei der > Gateansteuerung bei einer Halbbrücke nur über den Abstand und > Lötstopplack getrennt sind. Der Abstand ist vom Bauteil vorgegeben und > daher meistens sehr klein. Die Isolation vom Gate zum Drain ist sowieso immer nur eine Funktionsisolierung. Wenn du eine Schutzisolierung (MOP) brauchst (weil der Eingang 12V hat und an der 12V-Verdrahtung nicht gegen Berühren geschützt ist), dann muss das der Gate-Treiber übernehmen. Es gibt genügend mit 5kV Isolierspannung und 4-6mm Kriechstrecke.
asd schrieb: > Es kann sein dass das Problem heutzutage weniger Auftritt. Ich glaube nicht dass Insekten in Multilayern ein ernstes Problem sind, aber wer weiss, wenn wir der Evolution genügend Zeit lassen und für die Borkenkäfer keine Bäume mehr da sind bringt sie Käfer hervor, die ihre Eier auf Leiterplatten ablegen und deren Larven sich durch die Innenlagen fressen. Georg
Georg schrieb: > Ich bin mir sehr sicher dass das bei unseren ML-Fertigungen nie > vorgekommen ist. Es ist auch nach Jahrzehnten das erste mal dass ich von > so etwas höre. Ich hab sowas schon gesehen. Im Prepreg von Isola um genau zu sein. Die Platine, welche den Einschluss beinhaltete hat es natürlich nicht bis zum Kunden geschafft, aber geben tut es das. Ob in Fernonst auch so sehr aussortiert wird kann ich nicht sagen... Hans schrieb: > Werden dort wirklich Teile aus der Platine ausgefräst, um den > Kriechabstand zu erhöhen? Wie ich schon schrieb funktioniert das nicht, wenn die Fräsung von einem Bauteil überbrückt wird, esseidenn, dieses Bauteil ist entsprechend ausgerüstet. Sowas gibt es bei manchen Trafos z.B. da sind die Pins nochmal im Gehäuse mit entsprechenden Gräben versehen die mindestens 1mm breit sind. Hans schrieb: > Der Abstand ist vom Bauteil vorgegeben und > daher meistens sehr klein. > Werden die Leitungen in so einem Fall über Vias erst direkt unterhalb > der benötigten Stelle durchgeführt, um die Fläche möglichst klein zu > halten? Prinzipiell werden die Leitungen halt auf den jeweiligen Inseln verdrahtet, da gibt es keine Einschränkungen, man darf halt nicht in den Graben gelangen. Zur Platzierung selbst und der Bauteilwahl: Da gibt es nur 2 mögliche Strategien: 1. das einfachste ist, man greift auf Bauteile zurück, die den entsprechenden Abstand einhalten. Wenn das nicht funktioniert gibt es wiederum 2 Möglichkeiten: die einfachere: man nutzt ein Bauteil 2 mal hintereinander. Wenn ich z.B. einen Datenkoppler habe, der formal für 6kV Isolationsspannung ausgelegt ist, aber nur 6mm breit, wo ich 8 brauche laut EN60601, dann baue ich das Bauteil einfach 2 mal hintereinander. Die Isolationsabstände kann man nämlich normgerecht auf mehrere Gräben mit einer Insel dazwischen aufteilen (Hat dann aber 2 Nachteile: erstens muss ich 2 mal die teuren Koppler einsetzen und brauche auch noch eine Hilfsspannung auf der Insel, was ebenfalls nur mit teuren DC-DC Wandlern möglich ist). Das gilt aber nicht für die Spannungen, ich kann so also keine 4kV Barriere sicherstellen wenn ich 2 Bauteile nutze, die für sich genommen nur 3kV aushalten. Sollte dies auch nicht möglich sein, geht man nochmal in die Recherche um 1. zu Verwirklichen oder man muss kreativ werden. Wenn das auch nicht gelingt muss auf die Funktion verzichtet werden. So geschehen bei uns lange Zeit mit dem USB Anschluss. Den haben wir erst jetzt in den Geräten (für Kunden zugänglich) seit es den LTM2894 gibt, der die benötigten Isolationsabstände mühelos einhält.
Christian B. schrieb: > Da gibt es nur 2 mögliche > Strategien: Die dritte Strategie: man fragt hier im Forum. Da bekommt man umgehend die Auskunft, dass die vorgeschriebenen Abstände nur was für Weicheier sind und VDE und TÜV nur kleine private Vereine von Spinnern. Falls doch mal was passiert kann man sich ja auf die fachlichen Auskünfte hier berufen, am besten speichern und aufheben. Georg
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