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Richtiges Designen von Platinenlayouts

2016-05-23T13:22:00Z

Elektrojunge: /* Schlechtes Platinenlayout (Dont's) */ formatierung #2

Beim Erstellen von Platinenlayouts sind viele Dinge zu Beachten. Dieser Artikel hat als Motivation eine Übersicht über die komplexen "Regeln" zum Platinendesign (besser: "Bedinungen") sowie deren Ausnahmen zu erschaffen. Zu den rein elektrotechnischen Anforderungen kommen in vielen Fälle noch mechanische und chemische sowie betriebswirtschaftliche Anforderungen hinzu (und es zu quasi jeder auch ein schlagendes Gegenbeispiel gibt) was im Folgenden in...
* ''Do's'' (was man machen sollte)
...sowie...
* ''Don'ts'' (was man tunlichst vermeiden sollte)
...unterteilt werden soll.

Siehe auch diesen [http://www.mikrocontroller.net/topic/305443#3280240 Forenbeitrag (letzter Absatz)].

== Do's — Gutes Platinenlayout ==

* '''Berechne anhand der Ströme die minimale Breite der Leiterbahnen''' nach dem Erstellen des Schaltplans. Faustformel: 0,35mm können ohne nennenswerte Erwärmung mit einem Ampere belastet werden. Kritische Leitungen sollten als Vorgabe für den Layouter in der Zeichnung vermerkt werden. Weiteres siehe unter [[Leiterbahnbreite]].

* '''Halte die Leiterbahn möglichst kurz.''' Jeder Leiterzug wirkt wie eine Antenne, welche Störungen aussendet und empfängt.

* '''Nutze die freien Flächen zwischen den Leiterzügen und verbinde sie mit einer Masse (Polygone).''' So kann man Strahlung von außen abschirmen und oft Abstrahlung minimieren. Vermeide aber freie Kupferflächen, die nicht an GND angeschlossen sind.

* '''Geize nicht mit [[Kondensator#Entkoppelkondensator | Blockkondensatoren]].''' Für jeden VCC-Pin o.ä. ist mindestens ein 100nF Kondensator, bei schnelleren Sachen evtl. ein kleinerer (z. B. 10nF) einzusetzen. Ausserdem kann es meist notwendig sein, pro IC noch zusätzlich einen 10µF Kondensator und eine Ferritperle (engl. bead) zur Entkopplung von Vcc zu spendieren.

* '''Digitale und analoge Signale getrennt routen und nur in einem Punkt verbinden.''' Und zwar idealerweise am [[AD-Wandler]], falls dieser vorhanden ist, sonst in der Nähe des Spannungsreglers. Eine Massefläche für analoge und digitale Schaltungsteile sollte durchgängig sein, getrennte Masseflächen sind nur in sehr seltenen Fällen sinnvoll.

* '''Nutze die Anschlüsse der bedrahteten(!) Bauelemente für Durchkontaktierungen.'''

* '''Trenne die Bereiche der Kleinspannung und Netzspannung deutlich voneinander mit vieeel Platz''' wenn es sich nicht vermeiden lässt 230V (400V) Netzspannung auf die Platine zu führen. Dabei unterscheidet man zwischen Luft- und Kriechstrecken. Eine Kriechstrecke ist die Strecke auf der Oberfläche einer Leiterplatte oder eines Bauteils. Die Luftstrecke ist sozusagen die kürzeste Verbindung zwischen den beiden Potentialen. Die Luft- und Kriechstrecken betragen zwischen 3 und 8 mm. Maximale Spannung z.b. 3kV/cm, bei lackierten Platinen 10kV/cm. Der notwendige Abstand hängt von der Gefährdung ab, siehe auch [[Leiterbahnabstände]].

* '''Möglichst eine großflächige Ground-Plane für Masseverbindungen.'''

== Dont's — Schlechtes Platinenlayout ==

* '''Analoge und digitale Schaltungsteile direkt ohne Filter aus der gleichen Stromquelle versorgen.'''

* '''Sternförmige Masseführung nicht beachtet:''' Ströme könnten im Kreis fließen da empfindliche Signale zusammen mit pulsierenden Versorgungsströmen über die gleichen Bahnen geleitet werden.

* '''Digitale Signalleitungen in unmittelbarer Nachbarschaft analoger Signale'''

* '''Zu wenig Abstand zwischen Leiterplattenrand und Leiterzügen'''

* '''Spitze Winkel kleiner als ca. 45° beim Routen von Leiterbahnen.''' Entgegen der weit verbreiteten Annahme hat das nur sehr wenig Auswirkungen auf die HF-Eigenschaften (mehr dazu im Artikel [[Wellenwiderstand#Leitungsf.C3.BChrung_und_Layout | Wellenwiderstand]]). Es sind mehr fertigungstechnische (Ablösung von Ecken, schlechteres Ätzen) und ästhetische Gründe (Aussehen, Packungsdichte der Leitungen).

* '''Durchkontaktierungen auf SMD-Pads.''' Beim maschinellen Löten läuft das Lötzinn in die Bohrung ab (u.a. durch Kapillarwirkung) und fehlt auf dem Pad. Die Fehlerhäufigkeit steigt. Bei speziellen Footprints (große Ball Grid Arrays) oder Thermal Vias geht es aber nicht anders als Vias in Pads unterzubringen. In diesem Falle müssen die Vias verschlossen werden (engl. plugged via, tented via). Eine weitere Möglichkeit ist es, einen Überschuss an Lotpaste auf das Pad aufzubringen (dickere Siebdruckschablone) oder die Vias mit Barrieren aus Lötstopplack zu umgeben, aber nicht abzudecken

* '''Durchkontaktierungen von beiden Seiten mit Stopplack verschließen.''' Hierbei können Feuchtigkeit oder gar Ätzrückstände darin zurückbleiben und beim Löten der Stopplack abplatzen oder Korrosion hervorrufen(ggf. Hersteller fragen)

* '''Bestückdruck auf Lötpads platziert'''

* '''Keine Testpunkte, keine Befestigungsbohrungen'''

* '''Zu wenig Durchkontaktierungen bei hohen Strömen'''

* '''Entkoppelkondensatoren über unnötig lange Leiterbahnen angebunden'''

* '''Keine Massefläche (engl. ground plane).''' Bei vielen zweilagigen Platinen mit hoher Bauteildichte kann man sich keine Massefläche leisten, spätestens ab 4 Lagen ist diese jedoch praktisch immer verfügbar.

== Vorgehen bei der Layouterstellung ==
* Umrisse der Platine festlegen, dabei Bruchkanten eventueller Nutzen beachten
* Befestigungsbohrungen festlegen, dabei ausreichend Platz für Schraubenköpfe und Werkzeuge freihalten (Sperrflächen verlegen)
* Steckverbinder platzieren. Dabei den 3D-Zusammenhang mit anderen Platinen im Bezug auf Kabeldrehung und -knickung beachten, ggf. Steckverbinder um 180 Grad drehen, um Sonderkabel zu vermeiden. Steckverbinder auch nicht völlig am Rand platzieren, um Biegeradius von Flachbandkabeln und Zwischenraum zur Gehäusewand zu schaffen. Steckverbinder, welche direkt in einer Frontplatte enden, werden natürlich direkt am Rand platziert.
* Bauteile platzieren. Dabei möglichst zusammengehörige Bauteile nebeneinander platzieren. Die Luftlinien (engl. air wires) möglichst kurz und kreuzungsarm halten. Idealerweise erst die grossen und hohen Bauteile festlegen, dabei Einbaumasse und -raum beachten, auch in Bezug auf die Wärmeentwicklung
* Stromversorgung der ICs verlegen, dabei Abstand zu Kanten und kritischen Signalen /-eingängen beachten. Ebenso [[Leiterbahnabstände | Kriechstrecken]] beachten
* Kritische Signale wie Takte, Sensoreingänge etc. möglichst ohne Lagenwechsel verlegen, ggf. guard lines verwenden
* Restliche Signale verlegen
* Masseflächen füllen
** Masseflächen können eine Schaltung deutlich verbessern, wenn sie richtig benutzt werden. Sie können aber auch genau das Gegenteil bewirken, wenn sie als automatisches Wundermittel betrachtet werden.
** Die Masseverbindung aller ICs muss zunächst direkt verlegt werden.
** Erst wenn die Masse komplett verlegt ist, kann man die Massefläche auffüllen. Damit verhindert man, dass vielleicht ein IC nur über eine sehr dünne Verbindung angeschlossen wird, welche man in der Massefläche übersieht. Ebenso verhindert man, dass eine Massverbindung von einem schnellen IC sehr lang wird und damit die Wirksamkeit der [[Kondensator#Entkoppelkondensator | Entkoppelkondensatoren]] leidet.
** Masseflächen sind nur dann wirklich wirksam, wenn sie möglichst durchgängig sind. Wenn sie durch viele Leitungen zerschnitten werden, sinkt ihre Wirksamkeit massiv und sie können sich zu einem [[EMV]]-Problem entwickeln (Abstrahlung von Energie, Streifen- und Schlitzantennen). Bei zweilagigen Platinen ist es aber kaum möglich, dass Masseflächen nicht zerstückelt werden. Auf jeden Fall darauf achten, das KEINE Zipfel oder Streifen Massefläche existieren, die nicht an mindestens beiden Enden mit anderen Masseflächen verbunden sind. Für "Systeme" aus solchen Masseflächen gilt gleiches, d.h. die Masseflächen müssen auch untereinander gut vernetzt werden. Wenn dieses nicht erreicht werden kann, so ist die Massefläche besser wegzulassen.
** Bei Platinen mit vier oder mehr Lagen wird meist eine Lage für die Masse (GND) verwendet. Hier hat man den Luxus, dass man GND nicht manuell layouten muss, sondern einfach die ICs an die Massefläche anschließt. Aber Vorsicht! Bei Schaltreglern und Leistungsstufen für Motoren und Ähnlichem ist es oft besser bzw. notwendig, auf Masseflächen zu verzichten und statt dessen mit dicken Leitungen bzw. kleineren Polygonen die Ströme sternförmig zu führen.
** Des Weiteren ergibt sich bei Platinen mit vier oder mehr Lagen die Möglichkeit, auch die Spannungsversorgung ("+ Leitung") als Fläche auszuführen. Grundsätzlich gelten hierbei die gleichen Empfehlungen wie für die Masseflächen. Diese beiden Stromversorgungslagen sollten in dem Sinne, dass sie einen großen, verteilten Kondensator darstellen, der extrem impedanzarm ist, möglichst dicht zusammen liegen. Bei einem Multilayeraufbau mit vier Lagen wären das z.B. die beiden inneren Lagen. Zusätzlich sollten die beiden Lagen öfters mit keramischen Kondensatoren verbunden werden, mindestens an jedem IC zur Spannungsversorgung.
* Für die Bestückung und das Bedrucken mit Lotpaste sind Passermarken (engl. Fiducials) nötig. Diese Passermarken werden normalerweise als Kreuze oder besser als runde Pads (z.B 1mm) ausgeführt und von Kupfer freigestellt (2mm, Nicht in die Masseflächen einbeziehen). Die Passermarken werden dann von Lötstop freigegstellt und in der Lotpastenschablone (engl. stencil) mit eingebracht. Auf jede zu bestückende Seite sollten zwei Passermarken diagonal auf den Boards eingebracht werden. Andere Vorschläge zielen darauf ab, die Passermarken nicht für das komplette Board, sondern immer extra für spezielle "kritische" Footprints einzusetzten. Passermarken zur Platinenfertigung setzten sich die Platinenfertiger selbstständig ausserhalb der Platinen nach ihren eigenen Bedürfnissen. Die Passermarken für die Bestücker werden voraussichtlich von den Bestückern auch noch adaptiert, so dass sie lediglich als Platzhalter zu verstehen sind, damit Raum beim routen dafür ausgespart bleibt.
*Der Bestückungsdruck wird am Ende ausgerichtet. Dazu sollte man nahezu alle Lagen ausblenden und nur die Lagen für Bestückungsdruck, Umrisse und Lötstopmaske anzeigen lassen. Dann richtet man die Beschriftungen so aus, dass sie neben den Bauteilen aber nicht auf den Flächen der Lötstopmaske liegen, denn dort gehört die Lotpaste und später der Anschluss der Bauteile hin. Bei sehr dicht bestückten Platinen muss man den Bestückungsdruck teilweise oder vollständig weglassen. Dort platziert man die Bauteilbezeichnung direkt auf dem Bauteil. Damit kann man den Bestückungsdruck wenigstens auf Papier drucken und somit indirekt nutzen. Einige Profi-CAD-Programme haben dafür auch getrennte Ebenen (engl. Layer).

== CAM Input und Produktion / Berücksichtigung von Technologiegrenzen ==

Um Platinen fertigungsgerecht zu layouten, ist es sinnvoll, in etwa zu wissen, was in der Leiterplattenfabrik gemacht wird, wie die Daten für die Produktion aufgearbeitet werden müssen, und wo dort Schwachstellen liegen, um diese nach Möglichkeit zu vermeiden, zu verringern oder zu umgehen. Diese Grenzen der Technologie sind "weich", das heisst, ab einem Grundlevel, ab dem eine fehlerfrei Produktion machbar ist, steigt mit zunehmenden Anforderungen der Ausschuss. Den kauft man zum einen mit d.H. man muss ihn im Rahmen der Kalkulation mitbezahlen, auch wenn er schon in der Fabrik weggegeworfen wird, und er muss mit, im Zweifelsfalle aufwändigen und auch nur begrenzt zuverlässigen Verfahren, aussortiert werden.

Hier sollte man also den Grundsatz verfolgen: So grob und einfach wie möglich und so fein wie nötig.

Im folgenden sollen hier ein paar grobe Richtwerte gegeben werden, die eigentlich jede Leiterplattenfabrik kann, und die somit den konservativ definierten Stand der Technik darstellen (Stand ca. 2012). Trozdem sollte man sich im Vorfeld immer informieren. Es ist deutlich mehr möglich, aber das ist abhängig von den Fertigungsstrassen der einzelnen Fabriken und kostet natürlich auch mehr. Man Behalte im Auge, daß hier um fertigungsmechanische und ätztechnische Gründe bei Herstellung der Platine geht, nicht um elektrotechnische Gründe für die fertige Platine.

*Unterätzungsfaktor/U-Faktor

**Um die Unterätzung zu kompensieren, müssen beim CAM-Input die Kupferlagen durch Zugabe einer Breite (U-Faktor) verbreitert werden. Der U-Faktor ist abhängig von dem Materialstärke, die weggeätzt werden muss. Das ist nicht identisch mit der Kupferlage, weil es ja auch Fälle gibt, wo auf eine dünne Vorlage partiell aufgetragen wird wird, und dann alles komplett um die Vorlage abgeätzt wird. Hier ist nur ein U-Faktor für die Vorlagendicke erforderlich.

***Standard:
****U-Faktor Aussenlagen (35u): +25u (insgesamt), weil beidseitige Wirkung pro Seite 12,5u)
****U-Faktor Innenlagen (35u): +50u (insgesamt, weil beidseitige Wirkung pro Seite 25u)
****Wenn Isolationsbreite weniger als 150u, sollte dort NICHT das komplette Leiterbild bearbeitet werden, sondern nur die Pads um z.B. 15u vergrößert werden.
****Leiterbahnbreiten die kleiner als 150u sind, sollten dabei auf 165u verbreitert werden, wenn die verbleibende Isolation (aus Äztechnischer Sicht!) dieses zulässt.

**Die Software im CAM-Input stellt dafür im allgemeinen spezielle Funktionen zur Vefügung. Diese beruhen aber auch darauf, dass Flächen als Polygone ausgeführt werden, und nicht durch Leiterbahnzüge "gemalt" werden. Desweiteren sollten Pads und nur Pads im Gerber-Format als "Flashs" bzw. "Blinks" dargestellt werden, und Leiterbahnen und eben nur Leiterbahnen als "Draws", im Grenzfalle auch mit einem "Draw" der Länge 0. Auch wenn ein "Draw" der Länge 0 genauso wie ein "Flash" gleicher Apertur aussieht, gibt die unterscheidung "Draw" zu "Flash" den Aufbearbeitungsalgorithmen der CAM-Input Software wichtige Hinweise.

*Lücken füllen:
**Sehr schmale „Isostellen“ in der gleichen Kupferfläche und kleine Löcher in Kupferflächen stellen beim Ätzen ein Problem dar, weil das für die Resistschicht kleine "Inseln" oder "Halbinseln" bedeutet, die u.U. nicht halten, sich ablösen, und sich dafür noch anderswo anlagern können, und somit an der Stelle, wo sie fehlen, Unterbrechungen, und an den Stellen, wo die abgerissenen Stücke sich festsetzten, unerwünschte Verbindungen entstehen können. Darum müssen solche Stellen, bearbeitet werden. Das wird Grundsätzlich nach Leiterbildvergrößerung mit U-Faktor gemacht, weil sich einige Lücken dadurch von selber schliessen. Im allgemeinen wird zum füllen einfach ein kleines Stück Leiterbahn über diese Stelle gelegt. Kritisch sind freistehende Resistflächen von ca. 150u mal 150u Abmessungen und kleiner. Werden sie von einer oder zwei Seiten von größeren Resistflächen gehalten, können auch Streifen von ca. 100u tragbar sein, wenn sie nicht zu lang werden.

*Rekalkulieren der Bohrer:
**Bohrungen für durchkontaktierte (DK)-Bohrungen müssen größer gebohrt werden, weil sie ja zukupfern (Bohrvorlage typisch 200u). Dadurch wird der verbleibende Restring eventuell zu klein.
**Via Bohrungen (alle Bohrungen kleiner als 0,5 mm) werden nach dem vorhandenen Lötauge gewählt und eventuell vergrößert/verkleinert. Vergrößert, wenn es möglich ist, weil es fertigungstechnische Vorteile bietet, und verkleinert, wenn es sonst Probleme mit Abständen gibt. Der Kupferquerschnitt wird dadurch im allgemeinen nicht zu auffällig verkleinert, und THT-Anschlüsse dünner als 0,5mm sind unbekannt, es kann also (eigentlich) keiner etwas hindurchstecken wollen.
**Anzustreben sind Bohrer von größer 0,4mm und ein Restring von 175u Breite. Das ist unproblematisch für Lötaugen von 700u (Original), weil ja 50u Durchmesser vom U-Faktor dazukommen. Die Bohrvorlage kann zur Not auf 150u verringert werden.
**Bohrungen von größer als 0,4mm sind darum anzustreben, weil damit zwei Leiterplatten auf einmal im Stapel gebohrt werden können. Unter 0,4mm wird die seitliche Abweichung der Bohrung in der unteren Leiterplatte so groß, daß sie eventuell ein Pad von der Leiterbahn abschneiden kann. Bei einer Serienfertigung bedeuten darum Bohrungen kleiner als 0,4mm doppelten Aufwand, was sich auch im Preis niederschlägt.....oder einen Wettbewerbsvorteil für Fertiger, die es besser können.

== Siehe auch ==

* [[EMV]]
* [[Eagle im Hobbybereich]]
*[http://www.mikrocontroller.net/forum/read-6-178710.html#254235 Forumsbeitrag]: Regeln beim Platinenentwurf
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/93602#804338 Forumsbeitrag]: Vorschlag für Lötpads bei Hobbyeinsteigerplatinen
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/306233#new Forumsbeitrag]: Über spezielle Padformen (Teardrop, Snowman, Oktogon)
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/231263#new Forumsbeitrag]: Suche gutes Buch über Layout-Techniken (Literaturtipps und Links).
*[http://www.mikrocontroller.net/topic/305443#3286008 Forumsbeitrag]: Tutorials zu Platinenlayout
*[http://www.mikrocontroller.net/topic/310971#new Forumsbeitrag]: Tipps zum Routen und Entflechten von Platinen.
*[http://www.mikrocontroller.net/topic/313990#3393319 Forumsbeitrag]: Das Routen von LVDS Signalen.

==Links==
* <strike>[http://www.ilfa.de/design-optimierung.html Optimierung von Layouts]</strike>
*<strike>[http://www.ilfa.de/designrichtlinien Weitere Dokumente zum Thema professionelle Platinenherstellung]</strike>
* [http://www.analog.com/library/analogDialogue/Anniversary/12.html Grounding (Again)], Ask The Applications Engineer - 12, Fa. Analog Devices, (englisch)

* [http://www.sparkfun.com/commerce/tutorial_info.php?tutorials_id=115 Designing a Better PCB] von Sparkfun (engl.)
* [http://www.hottconsultants.com/tips.html Tech Tips] von Henry Ott (engl.)
* [http://www.ultracad.com/articles/90deg.pdf Messung] von verschiedenen Winkeln von Leiterbahnen mit 17ps TDR, keinerlei Unterschiede!
* [http://www.ilfa.de/absorptivesstromversorgungssysteminleiterplatten.html ILFA], Dämpfung von Resonanzen der Versorgungslagen durch Carbondruck
* [http://docs.toradex.com/101123-apalis-arm-carrier-board-design-guide.pdf Link]: Tipps zum erstellen von High Speed Platinen.

[[Category:Platinen]]
[[Kategorie:Schaltplaneditoren]]

Richtiges Designen von Platinenlayouts

2016-05-23T12:33:52Z

Elektrojunge: /* Gutes Platinenlayout (Do's) */ reformatiert

Beim Erstellen von Platinenlayouts sind viele Dinge zu Beachten. Dieser Artikel hat als Motivation eine Übersicht über die komplexen "Regeln" zum Platinendesign (besser: "Bedinungen") sowie deren Ausnahmen zu erschaffen. Zu den rein elektrotechnischen Anforderungen kommen in vielen Fälle noch mechanische und chemische sowie betriebswirtschaftliche Anforderungen hinzu (und es zu quasi jeder auch ein schlagendes Gegenbeispiel gibt) was im Folgenden in...
* ''Do's'' (was man machen sollte)
...sowie...
* ''Don'ts'' (was man tunlichst vermeiden sollte)
...unterteilt werden soll.

Siehe auch diesen [http://www.mikrocontroller.net/topic/305443#3280240 Forenbeitrag (letzter Absatz)].

== Do's — Gutes Platinenlayout ==

* '''Berechne anhand der Ströme die minimale Breite der Leiterbahnen''' nach dem Erstellen des Schaltplans. Faustformel: 0,35mm können ohne nennenswerte Erwärmung mit einem Ampere belastet werden. Kritische Leitungen sollten als Vorgabe für den Layouter in der Zeichnung vermerkt werden. Weiteres siehe unter [[Leiterbahnbreite]].

* '''Halte die Leiterbahn möglichst kurz.''' Jeder Leiterzug wirkt wie eine Antenne, welche Störungen aussendet und empfängt.

* '''Nutze die freien Flächen zwischen den Leiterzügen und verbinde sie mit einer Masse (Polygone).''' So kann man Strahlung von außen abschirmen und oft Abstrahlung minimieren. Vermeide aber freie Kupferflächen, die nicht an GND angeschlossen sind.

* '''Geize nicht mit [[Kondensator#Entkoppelkondensator | Blockkondensatoren]].''' Für jeden VCC-Pin o.ä. ist mindestens ein 100nF Kondensator, bei schnelleren Sachen evtl. ein kleinerer (z. B. 10nF) einzusetzen. Ausserdem kann es meist notwendig sein, pro IC noch zusätzlich einen 10µF Kondensator und eine Ferritperle (engl. bead) zur Entkopplung von Vcc zu spendieren.

* '''Digitale und analoge Signale getrennt routen und nur in einem Punkt verbinden.''' Und zwar idealerweise am [[AD-Wandler]], falls dieser vorhanden ist, sonst in der Nähe des Spannungsreglers. Eine Massefläche für analoge und digitale Schaltungsteile sollte durchgängig sein, getrennte Masseflächen sind nur in sehr seltenen Fällen sinnvoll.

* '''Nutze die Anschlüsse der bedrahteten(!) Bauelemente für Durchkontaktierungen.'''

* '''Trenne die Bereiche der Kleinspannung und Netzspannung deutlich voneinander mit vieeel Platz''' wenn es sich nicht vermeiden lässt 230V (400V) Netzspannung auf die Platine zu führen. Dabei unterscheidet man zwischen Luft- und Kriechstrecken. Eine Kriechstrecke ist die Strecke auf der Oberfläche einer Leiterplatte oder eines Bauteils. Die Luftstrecke ist sozusagen die kürzeste Verbindung zwischen den beiden Potentialen. Die Luft- und Kriechstrecken betragen zwischen 3 und 8 mm. Maximale Spannung z.b. 3kV/cm, bei lackierten Platinen 10kV/cm. Der notwendige Abstand hängt von der Gefährdung ab, siehe auch [[Leiterbahnabstände]].

* '''Möglichst eine großflächige Ground-Plane für Masseverbindungen.'''

== Schlechtes Platinenlayout (Dont's) ==

* Analoge und digitale Schaltungsteile direkt ohne Filter aus der gleichen Stromquelle versorgen.
* Nicht beachtet, dass Ströme im Kreis fließen und damit empfindliche Signale zusammen mit pulsierenden Versorgungsströmen über die gleichen Bahnen geleitet (Sternförmige Masseführung nicht beachtet)
* Digitale Signalleitungen in unmittelbarer Nachbarschaft analoger Signale
* Zu wenig Abstand zwischen Leiterplattenrand und Leiterzügen
* Spitze Winkel kleiner als ca. 45° beim Routen von Leiterbahnen. Entgegen der weit verbreiteten Annahme hat das nur sehr wenig Auswirkungen auf die HF-Eigenschaften, mehr dazu im Artikel [[Wellenwiderstand#Leitungsf.C3.BChrung_und_Layout | Wellenwiderstand]]. Es sind mehr fertigungstechnische (Ablösung von Ecken, schlechteres Ätzen) und ästhetische Gründe (Aussehen, Packungsdichte der Leitungen).
* Durchkontaktierungen auf SMD-Pads. Beim maschinellen Löten läuft das Lötzinn in die Bohrung ab (u.a. durch Kapillarwirkung) und fehlt auf dem Pad. Die Fehlerhäufigkeit steigt. Bei speziellen Footprints (große Ball Grid Arrays) oder Thermal Vias geht es aber nicht anders als Vias in Pads unterzubringen. In diesem Falle müssen die Vias verschlossen werden (engl. plugged via, tented via). Eine weitere Möglichkeit ist es, einen Überschuss an Lotpaste auf das Pad aufzubringen (dickere Siebdruckschablone) oder die Vias mit Barrieren aus Lötstopplack zu umgeben, aber nicht abzudecken
* Durchkontaktierungen von beiden Seiten mit Stopplack verschließen. Es könnten Feuchtigkeit oder gar Ätzrückstände darin zurückbleiben und beim Löten der Stopplack abplatzen oder Korrosion auftreten (ggf. Hersteller fragen)
* Bestückdruck auf Lötpads platziert
* Keine Testpunkte, keine Befestigungsbohrungen
* Zu wenig Durchkontaktierungen bei hohen Strömen
* Entkoppelkondensatoren über unnötig lange Leiterbahnen angebunden
* Keine Massefläche (engl. ground plane). Bei vielen zweilagigen Platinen mit hoher Bauteildichte kann man sich keine Massefläche leisten, spätestens ab 4 Lagen ist diese jedoch praktisch immer verfügbar.

== Vorgehen bei der Layouterstellung ==
* Umrisse der Platine festlegen, dabei Bruchkanten eventueller Nutzen beachten
* Befestigungsbohrungen festlegen, dabei ausreichend Platz für Schraubenköpfe und Werkzeuge freihalten (Sperrflächen verlegen)
* Steckverbinder platzieren. Dabei den 3D-Zusammenhang mit anderen Platinen im Bezug auf Kabeldrehung und -knickung beachten, ggf. Steckverbinder um 180 Grad drehen, um Sonderkabel zu vermeiden. Steckverbinder auch nicht völlig am Rand platzieren, um Biegeradius von Flachbandkabeln und Zwischenraum zur Gehäusewand zu schaffen. Steckverbinder, welche direkt in einer Frontplatte enden, werden natürlich direkt am Rand platziert.
* Bauteile platzieren. Dabei möglichst zusammengehörige Bauteile nebeneinander platzieren. Die Luftlinien (engl. air wires) möglichst kurz und kreuzungsarm halten. Idealerweise erst die grossen und hohen Bauteile festlegen, dabei Einbaumasse und -raum beachten, auch in Bezug auf die Wärmeentwicklung
* Stromversorgung der ICs verlegen, dabei Abstand zu Kanten und kritischen Signalen /-eingängen beachten. Ebenso [[Leiterbahnabstände | Kriechstrecken]] beachten
* Kritische Signale wie Takte, Sensoreingänge etc. möglichst ohne Lagenwechsel verlegen, ggf. guard lines verwenden
* Restliche Signale verlegen
* Masseflächen füllen
** Masseflächen können eine Schaltung deutlich verbessern, wenn sie richtig benutzt werden. Sie können aber auch genau das Gegenteil bewirken, wenn sie als automatisches Wundermittel betrachtet werden.
** Die Masseverbindung aller ICs muss zunächst direkt verlegt werden.
** Erst wenn die Masse komplett verlegt ist, kann man die Massefläche auffüllen. Damit verhindert man, dass vielleicht ein IC nur über eine sehr dünne Verbindung angeschlossen wird, welche man in der Massefläche übersieht. Ebenso verhindert man, dass eine Massverbindung von einem schnellen IC sehr lang wird und damit die Wirksamkeit der [[Kondensator#Entkoppelkondensator | Entkoppelkondensatoren]] leidet.
** Masseflächen sind nur dann wirklich wirksam, wenn sie möglichst durchgängig sind. Wenn sie durch viele Leitungen zerschnitten werden, sinkt ihre Wirksamkeit massiv und sie können sich zu einem [[EMV]]-Problem entwickeln (Abstrahlung von Energie, Streifen- und Schlitzantennen). Bei zweilagigen Platinen ist es aber kaum möglich, dass Masseflächen nicht zerstückelt werden. Auf jeden Fall darauf achten, das KEINE Zipfel oder Streifen Massefläche existieren, die nicht an mindestens beiden Enden mit anderen Masseflächen verbunden sind. Für "Systeme" aus solchen Masseflächen gilt gleiches, d.h. die Masseflächen müssen auch untereinander gut vernetzt werden. Wenn dieses nicht erreicht werden kann, so ist die Massefläche besser wegzulassen.
** Bei Platinen mit vier oder mehr Lagen wird meist eine Lage für die Masse (GND) verwendet. Hier hat man den Luxus, dass man GND nicht manuell layouten muss, sondern einfach die ICs an die Massefläche anschließt. Aber Vorsicht! Bei Schaltreglern und Leistungsstufen für Motoren und Ähnlichem ist es oft besser bzw. notwendig, auf Masseflächen zu verzichten und statt dessen mit dicken Leitungen bzw. kleineren Polygonen die Ströme sternförmig zu führen.
** Des Weiteren ergibt sich bei Platinen mit vier oder mehr Lagen die Möglichkeit, auch die Spannungsversorgung ("+ Leitung") als Fläche auszuführen. Grundsätzlich gelten hierbei die gleichen Empfehlungen wie für die Masseflächen. Diese beiden Stromversorgungslagen sollten in dem Sinne, dass sie einen großen, verteilten Kondensator darstellen, der extrem impedanzarm ist, möglichst dicht zusammen liegen. Bei einem Multilayeraufbau mit vier Lagen wären das z.B. die beiden inneren Lagen. Zusätzlich sollten die beiden Lagen öfters mit keramischen Kondensatoren verbunden werden, mindestens an jedem IC zur Spannungsversorgung.
* Für die Bestückung und das Bedrucken mit Lotpaste sind Passermarken (engl. Fiducials) nötig. Diese Passermarken werden normalerweise als Kreuze oder besser als runde Pads (z.B 1mm) ausgeführt und von Kupfer freigestellt (2mm, Nicht in die Masseflächen einbeziehen). Die Passermarken werden dann von Lötstop freigegstellt und in der Lotpastenschablone (engl. stencil) mit eingebracht. Auf jede zu bestückende Seite sollten zwei Passermarken diagonal auf den Boards eingebracht werden. Andere Vorschläge zielen darauf ab, die Passermarken nicht für das komplette Board, sondern immer extra für spezielle "kritische" Footprints einzusetzten. Passermarken zur Platinenfertigung setzten sich die Platinenfertiger selbstständig ausserhalb der Platinen nach ihren eigenen Bedürfnissen. Die Passermarken für die Bestücker werden voraussichtlich von den Bestückern auch noch adaptiert, so dass sie lediglich als Platzhalter zu verstehen sind, damit Raum beim routen dafür ausgespart bleibt.
*Der Bestückungsdruck wird am Ende ausgerichtet. Dazu sollte man nahezu alle Lagen ausblenden und nur die Lagen für Bestückungsdruck, Umrisse und Lötstopmaske anzeigen lassen. Dann richtet man die Beschriftungen so aus, dass sie neben den Bauteilen aber nicht auf den Flächen der Lötstopmaske liegen, denn dort gehört die Lotpaste und später der Anschluss der Bauteile hin. Bei sehr dicht bestückten Platinen muss man den Bestückungsdruck teilweise oder vollständig weglassen. Dort platziert man die Bauteilbezeichnung direkt auf dem Bauteil. Damit kann man den Bestückungsdruck wenigstens auf Papier drucken und somit indirekt nutzen. Einige Profi-CAD-Programme haben dafür auch getrennte Ebenen (engl. Layer).

== CAM Input und Produktion / Berücksichtigung von Technologiegrenzen ==

Um Platinen fertigungsgerecht zu layouten, ist es sinnvoll, in etwa zu wissen, was in der Leiterplattenfabrik gemacht wird, wie die Daten für die Produktion aufgearbeitet werden müssen, und wo dort Schwachstellen liegen, um diese nach Möglichkeit zu vermeiden, zu verringern oder zu umgehen. Diese Grenzen der Technologie sind "weich", das heisst, ab einem Grundlevel, ab dem eine fehlerfrei Produktion machbar ist, steigt mit zunehmenden Anforderungen der Ausschuss. Den kauft man zum einen mit d.H. man muss ihn im Rahmen der Kalkulation mitbezahlen, auch wenn er schon in der Fabrik weggegeworfen wird, und er muss mit, im Zweifelsfalle aufwändigen und auch nur begrenzt zuverlässigen Verfahren, aussortiert werden.

Hier sollte man also den Grundsatz verfolgen: So grob und einfach wie möglich und so fein wie nötig.

Im folgenden sollen hier ein paar grobe Richtwerte gegeben werden, die eigentlich jede Leiterplattenfabrik kann, und die somit den konservativ definierten Stand der Technik darstellen (Stand ca. 2012). Trozdem sollte man sich im Vorfeld immer informieren. Es ist deutlich mehr möglich, aber das ist abhängig von den Fertigungsstrassen der einzelnen Fabriken und kostet natürlich auch mehr. Man Behalte im Auge, daß hier um fertigungsmechanische und ätztechnische Gründe bei Herstellung der Platine geht, nicht um elektrotechnische Gründe für die fertige Platine.

*Unterätzungsfaktor/U-Faktor

**Um die Unterätzung zu kompensieren, müssen beim CAM-Input die Kupferlagen durch Zugabe einer Breite (U-Faktor) verbreitert werden. Der U-Faktor ist abhängig von dem Materialstärke, die weggeätzt werden muss. Das ist nicht identisch mit der Kupferlage, weil es ja auch Fälle gibt, wo auf eine dünne Vorlage partiell aufgetragen wird wird, und dann alles komplett um die Vorlage abgeätzt wird. Hier ist nur ein U-Faktor für die Vorlagendicke erforderlich.

***Standard:
****U-Faktor Aussenlagen (35u): +25u (insgesamt), weil beidseitige Wirkung pro Seite 12,5u)
****U-Faktor Innenlagen (35u): +50u (insgesamt, weil beidseitige Wirkung pro Seite 25u)
****Wenn Isolationsbreite weniger als 150u, sollte dort NICHT das komplette Leiterbild bearbeitet werden, sondern nur die Pads um z.B. 15u vergrößert werden.
****Leiterbahnbreiten die kleiner als 150u sind, sollten dabei auf 165u verbreitert werden, wenn die verbleibende Isolation (aus Äztechnischer Sicht!) dieses zulässt.

**Die Software im CAM-Input stellt dafür im allgemeinen spezielle Funktionen zur Vefügung. Diese beruhen aber auch darauf, dass Flächen als Polygone ausgeführt werden, und nicht durch Leiterbahnzüge "gemalt" werden. Desweiteren sollten Pads und nur Pads im Gerber-Format als "Flashs" bzw. "Blinks" dargestellt werden, und Leiterbahnen und eben nur Leiterbahnen als "Draws", im Grenzfalle auch mit einem "Draw" der Länge 0. Auch wenn ein "Draw" der Länge 0 genauso wie ein "Flash" gleicher Apertur aussieht, gibt die unterscheidung "Draw" zu "Flash" den Aufbearbeitungsalgorithmen der CAM-Input Software wichtige Hinweise.

*Lücken füllen:
**Sehr schmale „Isostellen“ in der gleichen Kupferfläche und kleine Löcher in Kupferflächen stellen beim Ätzen ein Problem dar, weil das für die Resistschicht kleine "Inseln" oder "Halbinseln" bedeutet, die u.U. nicht halten, sich ablösen, und sich dafür noch anderswo anlagern können, und somit an der Stelle, wo sie fehlen, Unterbrechungen, und an den Stellen, wo die abgerissenen Stücke sich festsetzten, unerwünschte Verbindungen entstehen können. Darum müssen solche Stellen, bearbeitet werden. Das wird Grundsätzlich nach Leiterbildvergrößerung mit U-Faktor gemacht, weil sich einige Lücken dadurch von selber schliessen. Im allgemeinen wird zum füllen einfach ein kleines Stück Leiterbahn über diese Stelle gelegt. Kritisch sind freistehende Resistflächen von ca. 150u mal 150u Abmessungen und kleiner. Werden sie von einer oder zwei Seiten von größeren Resistflächen gehalten, können auch Streifen von ca. 100u tragbar sein, wenn sie nicht zu lang werden.

*Rekalkulieren der Bohrer:
**Bohrungen für durchkontaktierte (DK)-Bohrungen müssen größer gebohrt werden, weil sie ja zukupfern (Bohrvorlage typisch 200u). Dadurch wird der verbleibende Restring eventuell zu klein.
**Via Bohrungen (alle Bohrungen kleiner als 0,5 mm) werden nach dem vorhandenen Lötauge gewählt und eventuell vergrößert/verkleinert. Vergrößert, wenn es möglich ist, weil es fertigungstechnische Vorteile bietet, und verkleinert, wenn es sonst Probleme mit Abständen gibt. Der Kupferquerschnitt wird dadurch im allgemeinen nicht zu auffällig verkleinert, und THT-Anschlüsse dünner als 0,5mm sind unbekannt, es kann also (eigentlich) keiner etwas hindurchstecken wollen.
**Anzustreben sind Bohrer von größer 0,4mm und ein Restring von 175u Breite. Das ist unproblematisch für Lötaugen von 700u (Original), weil ja 50u Durchmesser vom U-Faktor dazukommen. Die Bohrvorlage kann zur Not auf 150u verringert werden.
**Bohrungen von größer als 0,4mm sind darum anzustreben, weil damit zwei Leiterplatten auf einmal im Stapel gebohrt werden können. Unter 0,4mm wird die seitliche Abweichung der Bohrung in der unteren Leiterplatte so groß, daß sie eventuell ein Pad von der Leiterbahn abschneiden kann. Bei einer Serienfertigung bedeuten darum Bohrungen kleiner als 0,4mm doppelten Aufwand, was sich auch im Preis niederschlägt.....oder einen Wettbewerbsvorteil für Fertiger, die es besser können.

== Siehe auch ==

* [[EMV]]
* [[Eagle im Hobbybereich]]
*[http://www.mikrocontroller.net/forum/read-6-178710.html#254235 Forumsbeitrag]: Regeln beim Platinenentwurf
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/93602#804338 Forumsbeitrag]: Vorschlag für Lötpads bei Hobbyeinsteigerplatinen
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/306233#new Forumsbeitrag]: Über spezielle Padformen (Teardrop, Snowman, Oktogon)
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/231263#new Forumsbeitrag]: Suche gutes Buch über Layout-Techniken (Literaturtipps und Links).
*[http://www.mikrocontroller.net/topic/305443#3286008 Forumsbeitrag]: Tutorials zu Platinenlayout
*[http://www.mikrocontroller.net/topic/310971#new Forumsbeitrag]: Tipps zum Routen und Entflechten von Platinen.
*[http://www.mikrocontroller.net/topic/313990#3393319 Forumsbeitrag]: Das Routen von LVDS Signalen.

==Links==
* <strike>[http://www.ilfa.de/design-optimierung.html Optimierung von Layouts]</strike>
*<strike>[http://www.ilfa.de/designrichtlinien Weitere Dokumente zum Thema professionelle Platinenherstellung]</strike>
* [http://www.analog.com/library/analogDialogue/Anniversary/12.html Grounding (Again)], Ask The Applications Engineer - 12, Fa. Analog Devices, (englisch)

* [http://www.sparkfun.com/commerce/tutorial_info.php?tutorials_id=115 Designing a Better PCB] von Sparkfun (engl.)
* [http://www.hottconsultants.com/tips.html Tech Tips] von Henry Ott (engl.)
* [http://www.ultracad.com/articles/90deg.pdf Messung] von verschiedenen Winkeln von Leiterbahnen mit 17ps TDR, keinerlei Unterschiede!
* [http://www.ilfa.de/absorptivesstromversorgungssysteminleiterplatten.html ILFA], Dämpfung von Resonanzen der Versorgungslagen durch Carbondruck
* [http://docs.toradex.com/101123-apalis-arm-carrier-board-design-guide.pdf Link]: Tipps zum erstellen von High Speed Platinen.

[[Category:Platinen]]
[[Kategorie:Schaltplaneditoren]]

Richtiges Designen von Platinenlayouts

2016-05-23T11:02:40Z

Elektrojunge: formatierung & formulierung; auch: https://www.visualthesaurus.com/cm/wc/dos-and-donts-or-dos-and-donts/

Beim Erstellen von Platinenlayouts sind viele Dinge zu Beachten. Dieser Artikel hat als Motivation eine Übersicht über die komplexen "Regeln" zum Platinendesign (besser: "Bedinungen") sowie deren Ausnahmen zu erschaffen. Zu den rein elektrotechnischen Anforderungen kommen in vielen Fälle noch mechanische und chemische sowie betriebswirtschaftliche Anforderungen hinzu (und es zu quasi jeder auch ein schlagendes Gegenbeispiel gibt) was im Folgenden in...
* ''Do's'' (was man machen sollte)
...sowie...
* ''Don'ts'' (was man tunlichst vermeiden sollte)
...unterteilt werden soll.

Siehe auch diesen [http://www.mikrocontroller.net/topic/305443#3280240 Forenbeitrag (letzter Absatz)].

== Gutes Platinenlayout (Do's) ==

* Berechne nach dem Erstellen des Schaltplans, welche Ströme über die Leiterbahn fließen werden und bestimme anhand dessen deren minimale Breite. Faustformel: 0,35mm können ohne nennenswerte Erwärmung mit einem Ampere belastet werden. Kritische Leitungen sollten als Vorgabe für den Layouter in der Zeichnung vermerkt werden. Weiteres siehe unter [[Leiterbahnbreite]].
* Halte die Leiterbahn möglichst kurz. Jeder Leiterzug wirkt wie eine Antenne, welche Störungen aussendet und empfängt.
* Nutze die freien Flächen zwischen den Leiterzügen und verbinde sie mit einer Masse (Polygone). So kann man Strahlung von außen abschirmen und oft Abstrahlung minimieren. Vermeide aber freie Kupferflächen, die nicht an GND angeschlossen sind.
* Geize nicht mit [[Kondensator#Entkoppelkondensator | Blockkondensatoren]]. Für jeden VCC-Pin o.ä. ist mindestens ein 100nF Kondensator, bei schnelleren Sachen evtl. ein kleinerer (z. B. 10nF) einzusetzen. Ausserdem kann es meist notwendig sein, pro IC noch zusätzlich einen 10µF Kondensator und eine Ferritperle (engl. bead) zur Entkopplung von Vcc zu spendieren.
* Digitale und analoge Signale getrennt routen und nur in einem Punkt verbinden. Und zwar idealerweise am [[AD-Wandler]], falls dieser vorhanden ist, sonst in der Nähe des Spannungsreglers. Eine Massefläche für analoge und digitale Schaltungsteile sollte durchgängig sein, getrennte Masseflächen sind nur in sehr seltenen Fällen sinnvoll.
* Nutze die Anschlüsse der bedrahteten Bauelemente für Durchkontaktierungen.
* Wenn es sich nicht vermeiden lässt 230V (400V) Netzspannung auf die Platine zu führen, so trenne die Bereiche der Kleinspannung und Netzspannung deutlich voneinander und mit vieeel Platz. Dabei unterscheidet man zwischen Luft- und Kriechstrecken. Eine Kriechstrecke ist die Strecke auf der Oberfläche einer Leiterplatte oder eines Bauteils. Die Luftstrecke ist sozusagen die kürzeste Verbindung zwischen den beiden Potentialen. Die Luft- und Kriechstrecken betragen zwischen 3 und 8 mm. Maximale Spannung z.b. 3kV/cm, bei lackierten Platinen 10kV/cm. Der notwendige Abstand hängt von der Gefährdung ab, siehe auch [[Leiterbahnabstände]].
* Möglichst eine großflächige Ground-Plane für Masseverbindungen.

== Schlechtes Platinenlayout (Dont's) ==

* Analoge und digitale Schaltungsteile direkt ohne Filter aus der gleichen Stromquelle versorgen.
* Nicht beachtet, dass Ströme im Kreis fließen und damit empfindliche Signale zusammen mit pulsierenden Versorgungsströmen über die gleichen Bahnen geleitet (Sternförmige Masseführung nicht beachtet)
* Digitale Signalleitungen in unmittelbarer Nachbarschaft analoger Signale
* Zu wenig Abstand zwischen Leiterplattenrand und Leiterzügen
* Spitze Winkel kleiner als ca. 45° beim Routen von Leiterbahnen. Entgegen der weit verbreiteten Annahme hat das nur sehr wenig Auswirkungen auf die HF-Eigenschaften, mehr dazu im Artikel [[Wellenwiderstand#Leitungsf.C3.BChrung_und_Layout | Wellenwiderstand]]. Es sind mehr fertigungstechnische (Ablösung von Ecken, schlechteres Ätzen) und ästhetische Gründe (Aussehen, Packungsdichte der Leitungen).
* Durchkontaktierungen auf SMD-Pads. Beim maschinellen Löten läuft das Lötzinn in die Bohrung ab (u.a. durch Kapillarwirkung) und fehlt auf dem Pad. Die Fehlerhäufigkeit steigt. Bei speziellen Footprints (große Ball Grid Arrays) oder Thermal Vias geht es aber nicht anders als Vias in Pads unterzubringen. In diesem Falle müssen die Vias verschlossen werden (engl. plugged via, tented via). Eine weitere Möglichkeit ist es, einen Überschuss an Lotpaste auf das Pad aufzubringen (dickere Siebdruckschablone) oder die Vias mit Barrieren aus Lötstopplack zu umgeben, aber nicht abzudecken
* Durchkontaktierungen von beiden Seiten mit Stopplack verschließen. Es könnten Feuchtigkeit oder gar Ätzrückstände darin zurückbleiben und beim Löten der Stopplack abplatzen oder Korrosion auftreten (ggf. Hersteller fragen)
* Bestückdruck auf Lötpads platziert
* Keine Testpunkte, keine Befestigungsbohrungen
* Zu wenig Durchkontaktierungen bei hohen Strömen
* Entkoppelkondensatoren über unnötig lange Leiterbahnen angebunden
* Keine Massefläche (engl. ground plane). Bei vielen zweilagigen Platinen mit hoher Bauteildichte kann man sich keine Massefläche leisten, spätestens ab 4 Lagen ist diese jedoch praktisch immer verfügbar.

== Vorgehen bei der Layouterstellung ==
* Umrisse der Platine festlegen, dabei Bruchkanten eventueller Nutzen beachten
* Befestigungsbohrungen festlegen, dabei ausreichend Platz für Schraubenköpfe und Werkzeuge freihalten (Sperrflächen verlegen)
* Steckverbinder platzieren. Dabei den 3D-Zusammenhang mit anderen Platinen im Bezug auf Kabeldrehung und -knickung beachten, ggf. Steckverbinder um 180 Grad drehen, um Sonderkabel zu vermeiden. Steckverbinder auch nicht völlig am Rand platzieren, um Biegeradius von Flachbandkabeln und Zwischenraum zur Gehäusewand zu schaffen. Steckverbinder, welche direkt in einer Frontplatte enden, werden natürlich direkt am Rand platziert.
* Bauteile platzieren. Dabei möglichst zusammengehörige Bauteile nebeneinander platzieren. Die Luftlinien (engl. air wires) möglichst kurz und kreuzungsarm halten. Idealerweise erst die grossen und hohen Bauteile festlegen, dabei Einbaumasse und -raum beachten, auch in Bezug auf die Wärmeentwicklung
* Stromversorgung der ICs verlegen, dabei Abstand zu Kanten und kritischen Signalen /-eingängen beachten. Ebenso [[Leiterbahnabstände | Kriechstrecken]] beachten
* Kritische Signale wie Takte, Sensoreingänge etc. möglichst ohne Lagenwechsel verlegen, ggf. guard lines verwenden
* Restliche Signale verlegen
* Masseflächen füllen
** Masseflächen können eine Schaltung deutlich verbessern, wenn sie richtig benutzt werden. Sie können aber auch genau das Gegenteil bewirken, wenn sie als automatisches Wundermittel betrachtet werden.
** Die Masseverbindung aller ICs muss zunächst direkt verlegt werden.
** Erst wenn die Masse komplett verlegt ist, kann man die Massefläche auffüllen. Damit verhindert man, dass vielleicht ein IC nur über eine sehr dünne Verbindung angeschlossen wird, welche man in der Massefläche übersieht. Ebenso verhindert man, dass eine Massverbindung von einem schnellen IC sehr lang wird und damit die Wirksamkeit der [[Kondensator#Entkoppelkondensator | Entkoppelkondensatoren]] leidet.
** Masseflächen sind nur dann wirklich wirksam, wenn sie möglichst durchgängig sind. Wenn sie durch viele Leitungen zerschnitten werden, sinkt ihre Wirksamkeit massiv und sie können sich zu einem [[EMV]]-Problem entwickeln (Abstrahlung von Energie, Streifen- und Schlitzantennen). Bei zweilagigen Platinen ist es aber kaum möglich, dass Masseflächen nicht zerstückelt werden. Auf jeden Fall darauf achten, das KEINE Zipfel oder Streifen Massefläche existieren, die nicht an mindestens beiden Enden mit anderen Masseflächen verbunden sind. Für "Systeme" aus solchen Masseflächen gilt gleiches, d.h. die Masseflächen müssen auch untereinander gut vernetzt werden. Wenn dieses nicht erreicht werden kann, so ist die Massefläche besser wegzulassen.
** Bei Platinen mit vier oder mehr Lagen wird meist eine Lage für die Masse (GND) verwendet. Hier hat man den Luxus, dass man GND nicht manuell layouten muss, sondern einfach die ICs an die Massefläche anschließt. Aber Vorsicht! Bei Schaltreglern und Leistungsstufen für Motoren und Ähnlichem ist es oft besser bzw. notwendig, auf Masseflächen zu verzichten und statt dessen mit dicken Leitungen bzw. kleineren Polygonen die Ströme sternförmig zu führen.
** Des Weiteren ergibt sich bei Platinen mit vier oder mehr Lagen die Möglichkeit, auch die Spannungsversorgung ("+ Leitung") als Fläche auszuführen. Grundsätzlich gelten hierbei die gleichen Empfehlungen wie für die Masseflächen. Diese beiden Stromversorgungslagen sollten in dem Sinne, dass sie einen großen, verteilten Kondensator darstellen, der extrem impedanzarm ist, möglichst dicht zusammen liegen. Bei einem Multilayeraufbau mit vier Lagen wären das z.B. die beiden inneren Lagen. Zusätzlich sollten die beiden Lagen öfters mit keramischen Kondensatoren verbunden werden, mindestens an jedem IC zur Spannungsversorgung.
* Für die Bestückung und das Bedrucken mit Lotpaste sind Passermarken (engl. Fiducials) nötig. Diese Passermarken werden normalerweise als Kreuze oder besser als runde Pads (z.B 1mm) ausgeführt und von Kupfer freigestellt (2mm, Nicht in die Masseflächen einbeziehen). Die Passermarken werden dann von Lötstop freigegstellt und in der Lotpastenschablone (engl. stencil) mit eingebracht. Auf jede zu bestückende Seite sollten zwei Passermarken diagonal auf den Boards eingebracht werden. Andere Vorschläge zielen darauf ab, die Passermarken nicht für das komplette Board, sondern immer extra für spezielle "kritische" Footprints einzusetzten. Passermarken zur Platinenfertigung setzten sich die Platinenfertiger selbstständig ausserhalb der Platinen nach ihren eigenen Bedürfnissen. Die Passermarken für die Bestücker werden voraussichtlich von den Bestückern auch noch adaptiert, so dass sie lediglich als Platzhalter zu verstehen sind, damit Raum beim routen dafür ausgespart bleibt.
*Der Bestückungsdruck wird am Ende ausgerichtet. Dazu sollte man nahezu alle Lagen ausblenden und nur die Lagen für Bestückungsdruck, Umrisse und Lötstopmaske anzeigen lassen. Dann richtet man die Beschriftungen so aus, dass sie neben den Bauteilen aber nicht auf den Flächen der Lötstopmaske liegen, denn dort gehört die Lotpaste und später der Anschluss der Bauteile hin. Bei sehr dicht bestückten Platinen muss man den Bestückungsdruck teilweise oder vollständig weglassen. Dort platziert man die Bauteilbezeichnung direkt auf dem Bauteil. Damit kann man den Bestückungsdruck wenigstens auf Papier drucken und somit indirekt nutzen. Einige Profi-CAD-Programme haben dafür auch getrennte Ebenen (engl. Layer).

== CAM Input und Produktion / Berücksichtigung von Technologiegrenzen ==

Um Platinen fertigungsgerecht zu layouten, ist es sinnvoll, in etwa zu wissen, was in der Leiterplattenfabrik gemacht wird, wie die Daten für die Produktion aufgearbeitet werden müssen, und wo dort Schwachstellen liegen, um diese nach Möglichkeit zu vermeiden, zu verringern oder zu umgehen. Diese Grenzen der Technologie sind "weich", das heisst, ab einem Grundlevel, ab dem eine fehlerfrei Produktion machbar ist, steigt mit zunehmenden Anforderungen der Ausschuss. Den kauft man zum einen mit d.H. man muss ihn im Rahmen der Kalkulation mitbezahlen, auch wenn er schon in der Fabrik weggegeworfen wird, und er muss mit, im Zweifelsfalle aufwändigen und auch nur begrenzt zuverlässigen Verfahren, aussortiert werden.

Hier sollte man also den Grundsatz verfolgen: So grob und einfach wie möglich und so fein wie nötig.

Im folgenden sollen hier ein paar grobe Richtwerte gegeben werden, die eigentlich jede Leiterplattenfabrik kann, und die somit den konservativ definierten Stand der Technik darstellen (Stand ca. 2012). Trozdem sollte man sich im Vorfeld immer informieren. Es ist deutlich mehr möglich, aber das ist abhängig von den Fertigungsstrassen der einzelnen Fabriken und kostet natürlich auch mehr. Man Behalte im Auge, daß hier um fertigungsmechanische und ätztechnische Gründe bei Herstellung der Platine geht, nicht um elektrotechnische Gründe für die fertige Platine.

*Unterätzungsfaktor/U-Faktor

**Um die Unterätzung zu kompensieren, müssen beim CAM-Input die Kupferlagen durch Zugabe einer Breite (U-Faktor) verbreitert werden. Der U-Faktor ist abhängig von dem Materialstärke, die weggeätzt werden muss. Das ist nicht identisch mit der Kupferlage, weil es ja auch Fälle gibt, wo auf eine dünne Vorlage partiell aufgetragen wird wird, und dann alles komplett um die Vorlage abgeätzt wird. Hier ist nur ein U-Faktor für die Vorlagendicke erforderlich.

***Standard:
****U-Faktor Aussenlagen (35u): +25u (insgesamt), weil beidseitige Wirkung pro Seite 12,5u)
****U-Faktor Innenlagen (35u): +50u (insgesamt, weil beidseitige Wirkung pro Seite 25u)
****Wenn Isolationsbreite weniger als 150u, sollte dort NICHT das komplette Leiterbild bearbeitet werden, sondern nur die Pads um z.B. 15u vergrößert werden.
****Leiterbahnbreiten die kleiner als 150u sind, sollten dabei auf 165u verbreitert werden, wenn die verbleibende Isolation (aus Äztechnischer Sicht!) dieses zulässt.

**Die Software im CAM-Input stellt dafür im allgemeinen spezielle Funktionen zur Vefügung. Diese beruhen aber auch darauf, dass Flächen als Polygone ausgeführt werden, und nicht durch Leiterbahnzüge "gemalt" werden. Desweiteren sollten Pads und nur Pads im Gerber-Format als "Flashs" bzw. "Blinks" dargestellt werden, und Leiterbahnen und eben nur Leiterbahnen als "Draws", im Grenzfalle auch mit einem "Draw" der Länge 0. Auch wenn ein "Draw" der Länge 0 genauso wie ein "Flash" gleicher Apertur aussieht, gibt die unterscheidung "Draw" zu "Flash" den Aufbearbeitungsalgorithmen der CAM-Input Software wichtige Hinweise.

*Lücken füllen:
**Sehr schmale „Isostellen“ in der gleichen Kupferfläche und kleine Löcher in Kupferflächen stellen beim Ätzen ein Problem dar, weil das für die Resistschicht kleine "Inseln" oder "Halbinseln" bedeutet, die u.U. nicht halten, sich ablösen, und sich dafür noch anderswo anlagern können, und somit an der Stelle, wo sie fehlen, Unterbrechungen, und an den Stellen, wo die abgerissenen Stücke sich festsetzten, unerwünschte Verbindungen entstehen können. Darum müssen solche Stellen, bearbeitet werden. Das wird Grundsätzlich nach Leiterbildvergrößerung mit U-Faktor gemacht, weil sich einige Lücken dadurch von selber schliessen. Im allgemeinen wird zum füllen einfach ein kleines Stück Leiterbahn über diese Stelle gelegt. Kritisch sind freistehende Resistflächen von ca. 150u mal 150u Abmessungen und kleiner. Werden sie von einer oder zwei Seiten von größeren Resistflächen gehalten, können auch Streifen von ca. 100u tragbar sein, wenn sie nicht zu lang werden.

*Rekalkulieren der Bohrer:
**Bohrungen für durchkontaktierte (DK)-Bohrungen müssen größer gebohrt werden, weil sie ja zukupfern (Bohrvorlage typisch 200u). Dadurch wird der verbleibende Restring eventuell zu klein.
**Via Bohrungen (alle Bohrungen kleiner als 0,5 mm) werden nach dem vorhandenen Lötauge gewählt und eventuell vergrößert/verkleinert. Vergrößert, wenn es möglich ist, weil es fertigungstechnische Vorteile bietet, und verkleinert, wenn es sonst Probleme mit Abständen gibt. Der Kupferquerschnitt wird dadurch im allgemeinen nicht zu auffällig verkleinert, und THT-Anschlüsse dünner als 0,5mm sind unbekannt, es kann also (eigentlich) keiner etwas hindurchstecken wollen.
**Anzustreben sind Bohrer von größer 0,4mm und ein Restring von 175u Breite. Das ist unproblematisch für Lötaugen von 700u (Original), weil ja 50u Durchmesser vom U-Faktor dazukommen. Die Bohrvorlage kann zur Not auf 150u verringert werden.
**Bohrungen von größer als 0,4mm sind darum anzustreben, weil damit zwei Leiterplatten auf einmal im Stapel gebohrt werden können. Unter 0,4mm wird die seitliche Abweichung der Bohrung in der unteren Leiterplatte so groß, daß sie eventuell ein Pad von der Leiterbahn abschneiden kann. Bei einer Serienfertigung bedeuten darum Bohrungen kleiner als 0,4mm doppelten Aufwand, was sich auch im Preis niederschlägt.....oder einen Wettbewerbsvorteil für Fertiger, die es besser können.

== Siehe auch ==

* [[EMV]]
* [[Eagle im Hobbybereich]]
*[http://www.mikrocontroller.net/forum/read-6-178710.html#254235 Forumsbeitrag]: Regeln beim Platinenentwurf
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/93602#804338 Forumsbeitrag]: Vorschlag für Lötpads bei Hobbyeinsteigerplatinen
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/306233#new Forumsbeitrag]: Über spezielle Padformen (Teardrop, Snowman, Oktogon)
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/231263#new Forumsbeitrag]: Suche gutes Buch über Layout-Techniken (Literaturtipps und Links).
*[http://www.mikrocontroller.net/topic/305443#3286008 Forumsbeitrag]: Tutorials zu Platinenlayout
*[http://www.mikrocontroller.net/topic/310971#new Forumsbeitrag]: Tipps zum Routen und Entflechten von Platinen.
*[http://www.mikrocontroller.net/topic/313990#3393319 Forumsbeitrag]: Das Routen von LVDS Signalen.

==Links==
* <strike>[http://www.ilfa.de/design-optimierung.html Optimierung von Layouts]</strike>
*<strike>[http://www.ilfa.de/designrichtlinien Weitere Dokumente zum Thema professionelle Platinenherstellung]</strike>
* [http://www.analog.com/library/analogDialogue/Anniversary/12.html Grounding (Again)], Ask The Applications Engineer - 12, Fa. Analog Devices, (englisch)

* [http://www.sparkfun.com/commerce/tutorial_info.php?tutorials_id=115 Designing a Better PCB] von Sparkfun (engl.)
* [http://www.hottconsultants.com/tips.html Tech Tips] von Henry Ott (engl.)
* [http://www.ultracad.com/articles/90deg.pdf Messung] von verschiedenen Winkeln von Leiterbahnen mit 17ps TDR, keinerlei Unterschiede!
* [http://www.ilfa.de/absorptivesstromversorgungssysteminleiterplatten.html ILFA], Dämpfung von Resonanzen der Versorgungslagen durch Carbondruck
* [http://docs.toradex.com/101123-apalis-arm-carrier-board-design-guide.pdf Link]: Tipps zum erstellen von High Speed Platinen.

[[Category:Platinen]]
[[Kategorie:Schaltplaneditoren]]

Platinenhersteller

2016-05-20T10:31:58Z

Elektrojunge: /* Einleitung */ smileyfiziert

== Einleitung ==
Die Vor- und Nachteile von Platinenherstellern/-lieferanten werden relativ häufig im [http://www.mikrocontroller.net/forum/platinen Forum] diskutiert (und führen ab und zu zu Flamewars ☺). Damit man schnell einen Überblick über die verschiedenen Möglichkeiten erhält, soll hier eine Liste zusammengetragen werden.

Jeder kann/soll seinen Beitrag leisten, d.h. wenn man einen Platinenlieferanten kennt, der noch nicht erwähnt ist, einfach hinzufügen. Falls man den Hersteller nicht so gut kennt, einfach mal den Namen und die URL hinzufügen, es gibt sicherlich andere, die den Hersteller so gut kennen, dass sie sich zutrauen, ein Urteil über die Leistung zu fällen.

'''Eigentümer oder Mitarbeiter von Firmen dürfen diese gerne eintragen, falls sie in der Liste noch nicht vorhanden sind. Beim Eintrag oder Änderungen bitte in der Zusammenfassung unbedingt darauf hinweisen, dass Sie über Ihre eigene Firma schreiben.''' Und bitte der Versuchung widerstehen, die Einträge mit werbeähnlichen Texten oder Werbung zu ergänzen. Zufriedene Kunden mögen bitte darauf achten, ihre Zufriedenheit so zu formulieren, dass nicht der Eindruck entsteht, der Eintrag sei von einem Hersteller zur "Verschönerung" gemacht worden.

'''Diese Seite kann nur von angemeldeten Benutzern bearbeitet werden!''' Bei neuen Einträgen bitte die Sortierung beachten.

Einige Hinweise, Hilfestellungen zur Platinenfertigung und Auftragsvergabe gibt es auch in der [http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.6 de.sci.electronics-FAQ].

Verschiedene Threads deuten an, dass "normaler" grüner Stopplack meistens die besseren Ergebnisse erzielt (http://www.mikrocontroller.net/topic/329356, http://www.mikrocontroller.net/topic/321295). Das kann je nach Hersteller schwanken.

=== Preise ===
Zur besseren Vergleichbarkeit bei jedem Hersteller dazu schreiben, was '''eine doppelseitige durchkontaktierte Eurokarte (160mm x 100mm) mit deutscher MwSt.''' ohne Versand kostet.
Dazu noch die Lieferzeit und ob Lötstopplack und Bestückungsdruck dabei ist.
''Zusätzlich'' kann man noch die Preise für andere Formate, Stückzahlen etc. dazu schreiben.

{| class="wikitable sortable" style="text-align:center"
|+ Schnellübersicht von Anbietern mit Online-Calculator (Lötstopplack, kein Bestückungsdruck, inkl. MwSt & Porto)
|-
! Anbieter !! Lagenanzahl !! Breite / mm !! Höhe / mm !! Dicke / mm !! Arbeitstage !! Preis / Euro !! ermittelt am
|-
| [[#Ätzwerk_GmbH|Ätzwerk]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 2 || 148.73 || 2014-09-16
|-
| [[#Ätzwerk_GmbH|Ätzwerk]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 3 || 133.85 || 2014-09-16
|-
| [[#Ätzwerk_GmbH|Ätzwerk]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 4 || 113.03 || 2014-09-16
|-
| [[#Ätzwerk_GmbH|Ätzwerk]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 5 || 95.18 || 2014-09-16
|-
| [[#Ätzwerk_GmbH|Ätzwerk]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 6 || 83.29 || 2014-09-16
|-
| [[#Ätzwerk_GmbH|Ätzwerk]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 7 || 59.49 || 2014-09-16
|-
| [[#Ätzwerk_GmbH|Ätzwerk]] || 4 || 160 || 100 || 1.6 || 3 || 294.50 || 2014-09-16
|-
| [[#Ätzwerk_GmbH|Ätzwerk]] || 4 || 160 || 100 || 1.6 || 4 || 248.69 || 2014-09-16
|-
| [[#Ätzwerk_GmbH|Ätzwerk]] || 4 || 160 || 100 || 1.6 || 5 || 209.42 || 2014-09-16
|-
| [[#Ätzwerk_GmbH|Ätzwerk]] || 4 || 160 || 100 || 1.6 || 6 || 183.25 || 2014-09-16
|-
| [[#Ätzwerk_GmbH|Ätzwerk]] || 4 || 160 || 100 || 1.6 || 7 || 130.89 || 2014-09-16

|-
| [[#Basista_Leiterplatten|Basista]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 1 || 261.61 || 2014-09-16
|-
| [[#Basista_Leiterplatten|Basista]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 2 || 233.75 || 2014-09-16
|-
| [[#Basista_Leiterplatten|Basista]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 3 || 205.92 || 2014-09-16
|-
| [[#Basista_Leiterplatten|Basista]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 4 || 178.09 || 2014-09-16
|-
| [[#Basista_Leiterplatten|Basista]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 5 || 150.26 || 2014-09-16
|-
| [[#Basista_Leiterplatten|Basista]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 7 || 127.98 || 2014-09-16
|-
| [[#Basista_Leiterplatten|Basista]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 8|| 94.57 || 2014-09-16
|-
| [[#Basista_Leiterplatten|Basista]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 10 || 91.23 || 2014-09-16
|-
| [[#Basista_Leiterplatten|Basista]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 12 || 89.02 || 2014-09-16

|-
| [[#Becker_und_Müller|Becker und Müller]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 4 || 195.26 || 2015-07-06
|-
| [[#Becker_und_Müller|Becker und Müller]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 5 || 132.95 || 2015-07-06
|-
| [[#Becker_und_Müller|Becker und Müller]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 7 || 120.49 || 2015-07-06
|-
| [[#Becker_und_Müller|Becker und Müller]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 10 || 108.02 || 2015-07-06
|-
| [[#Becker_und_Müller|Becker und Müller]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 12 || 101.79 || 2015-07-06

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| [[#Eurocircuits_GmbH|Eurocircuits]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 8 || 68.87 || 2014-09-16

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| [[#LEITON|LeitOn]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 3 || 192.93 || 2014-09-16
|-
| [[#LEITON|LeitOn]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 5 || 91.86 || 2014-09-16
|-
| [[#LEITON|LeitOn]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 8 || 61.24 || 2014-09-16
|-
| [[#LEITON|LeitOn]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 12 || 48.99 || 2014-09-16

|-
| [[#Multi_Printed_Circuit_Boards_Ltd.|Multi-CB]] || 1 || 160 || 100 || 1.6 || 5 || 55.22 || 2016-02-16
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| [[#Multi_Printed_Circuit_Boards_Ltd.|Multi-CB]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 2 || 165.65 || 2016-02-16
|-
| [[#Multi_Printed_Circuit_Boards_Ltd.|Multi-CB]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 5 || 55.22 || 2016-02-16
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| [[#Multi_Printed_Circuit_Boards_Ltd.|Multi-CB]] || 4 || 160 || 100 || 1.6 || 2 || 290.54 || 2016-02-16
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| [[#Multi_Printed_Circuit_Boards_Ltd.|Multi-CB]] || 4 || 160 || 100 || 1.6 || 5 || 110.98 || 2016-02-16
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| [[#Multi_Printed_Circuit_Boards_Ltd.|Multi-CB]] || 6 || 160 || 100 || 1.6 || 2 || 336.89 || 2016-02-16
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| [[#Multi_Printed_Circuit_Boards_Ltd.|Multi-CB]] || 6 || 160 || 100 || 1.6 || 6 || 177.31 || 2016-02-16
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| [[#Multi_Printed_Circuit_Boards_Ltd.|Multi-CB]] || 8 || 160 || 100 || 1.6 || 2 || 486.57 || 2016-02-16
|-
| [[#Multi_Printed_Circuit_Boards_Ltd.|Multi-CB]] || 8 || 160 || 100 || 1.6 || 6 || 256.09 || 2016-02-16
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| [[#Multi_Printed_Circuit_Boards_Ltd.|Multi-CB]] || 10 || 160 || 100 || 1.6 || 3 || 1058.03 || 2016-02-16
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| [[#Multi_Printed_Circuit_Boards_Ltd.|Multi-CB]] || 10 || 160 || 100 || 1.6 || 7 || 622.37 || 2016-02-16

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| [[#PCB Pool|PCB Pool]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 1 || 320.48 || 2014-09-21
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| [[#PCB Pool|PCB Pool]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 2 || 268.96 || 2014-09-21
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| [[#PCB Pool|PCB Pool]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 3 || 243.19 || 2014-09-21
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| [[#PCB Pool|PCB Pool]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 4 || 217.43 || 2014-09-21
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| [[#PCB Pool|PCB Pool]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 5 || 165.90 || 2014-09-21
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| [[#PCB Pool|PCB Pool]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 7 || 145.29 || 2014-09-21
|-
| [[#PCB Pool|PCB Pool]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 8 || 114.37 || 2014-09-21

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| [[#Onlineshop WEdirekt|WEdirekt]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 2 || 270.67 || 2014-09-21
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| [[#Onlineshop WEdirekt|WEdirekt]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 3 || 215.21 || 2014-09-21
|-
| [[#Onlineshop WEdirekt|WEdirekt]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 4 || 178.25 || 2014-09-21
|-
| [[#Onlineshop WEdirekt|WEdirekt]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 5 || 131.44 || 2014-09-21
|-
| [[#Onlineshop WEdirekt|WEdirekt]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 6 || 120.87 || 2014-09-21
|-
| [[#Onlineshop WEdirekt|WEdirekt]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 7 || 89.19 || 2014-09-21
|-
| [[#Onlineshop WEdirekt|WEdirekt]] || 2 || 160 || 100 || 1.6 || 8 || 89.19 || 2014-09-21
|-
|}

== Liste der Hersteller ==

=== Deutschland ===
==== Übersicht ====
{| class="wikitable sortable" style="text-align:center"
|+ Übersicht von Anbietern aus Deutschland
|-
! Anbieter !! PLZ !! Ort !! privat !! gewerblich !! Online-Calculator !! produziert in Deutschland !! ermittelt am
|-
| [[#Accent PCB GmbH|Accent PCB GmbH]] || 40212 || Düsseldorf || ? || ja || nein || [http://www.accentpcb.com/about-us.html teilweise] || 2014-09-21
|-
| [[#Ätzwerk GmbH|Ätzwerk GmbH]] || 81925 || München || ? || ja || ja || ? || 2014-09-21
|-
| [[#am2s|am2s]] || 88376 || Königseggwald || ja || ja || nein || [http://www.am2s.de/pcb.html teilweise] || 2014-09-21
|-
| [[#andus electronic|Andus Electronic]] || 10997 || Berlin || ? || ja || nein || ja? || 2014-09-21
|-
| [[#ANTtronic|ANTtronic]] || 53844 || Troisdorf || ? || ja || nein || ? || 2014-09-21
|-
| [[#Basista Leiterplatten|Basista Leiterplatten]] || 46236 || Bottrop || ja || ja || ja || ja? || 2014-09-21
|-
| [[#Bauer-Elektronik|Bauer-Elektronik]] || 66557 || Illingen || ja? || ja || nein || ja? || 2014-09-21
|-
| [[#Britze|Britze]] || 12099? || Berlin || ? || ja || ja || [http://www.britze.de/unternehmen-produktion.html ja] || 2014-09-21
|-
| [[#B&B Gruppe|B&B Gruppe]] || 09648 || Mittweida || ? || ja || nein || [http://www.bb-gruppe.de/handel/ teilweise] || 2014-09-21
|-
| [[#Becker und Müller|Becker und Müller]] || 77790 || Steinach i.K. || ja || ja || ja || ja || 2014-09-21
|-
| [[#Contag|Contag]] || 13581 || Berlin || ? || ja || nein || ja? || 2014-09-21
|-
| [[#Christian Enzmann Gmbh|Christian Enzmann Gmbh]] || 82538 || Geretsried || ? || ja || nein || teilweise || 2014-09-21
|-
| [[#Deutschlaender Electronic GmbH|Deutschlaender Electronic GmbH]] || 74924 || Neckarbischofsheim || ? || ja || ja || ja? || 2014-09-21
|-
| [[#EPN Electroprint GmbH|EPN Electroprint GmbH]] || 07806 || Neustadt an der Orla || ja? || ja || ja || [http://www.epn.de/de/home/geschichte.html ja] || 2014-09-21
|-
| [[#Elischer Leiterplatten|Elischer Leiterplatten]] || 72574 || Bad Urach || ? || ? || nein || ? || 2014-09-21
|-
| [[#Fischer Leiterplatten GmbH|Fischer Leiterplatten GmbH]] || 58454 || Witten || nein || ja || ja || [http://www.fischer-leiterplatten.de/ueber-uns.htm ja] || 2014-09-21
|-
| [[#GLS Leiterplatten-Service GmbH|GLS Leiterplatten-Service GmbH]] || 09221 || Neukirchen || ja? || ja || nein || ja || 2014-09-21
|-
| [[#HAKA Elektronik-Leiterplatten GmbH|HAKA Elektronik-Leiterplatten GmbH]] || 66583 || Spiesen-Elversberg || ja? || ja || ja || ja? || 2014-09-21
|-
| [[#IBR Leiterplatten GmbH & Co. KG|IBR Leiterplatten GmbH & Co. KG]] || 74906 || Bad Rappenau || nein || ja || ja || ja? || 2014-09-21
|-
| [[#ILFA Feinstleitertechnik GmbH|ILFA Feinstleitertechnik GmbH]] || 30559 || Hannover || ? || ja || nein || teilweise || 2014-09-21
|-
| [[#Eurocircuits GmbH|Eurocircuits GmbH]] || 57612 || Kettenhausen || ? || ja || ja || teilweise || 2014-09-21
|-
| [[#Entwicklung & CNC|Entwicklung & CNC]] || 72805 || Lichtenstein || ? || ja || nein || ja || 2014-09-21
|-
| [[#kessler systems GmbH|kessler systems GmbH]] || 88376 || Königseggwald || ? || ja || nein || teilweise || 2014-09-21
|-
| [[#LEITON|LEITON]] || 12099 || Berlin || ja || ja || ja || teilweise || 2014-09-21
|-
| [[#Leiterplatten-Express-Service GmbH|Leiterplatten-Express-Service GmbH]] || 63329 || Egelsbach || ? || ja || nein || ja || 2014-09-21
|-
| [[#Microcirtec|Microcirtec]] || 47805 || Krefeld || nein || ja || ja || ja || 2014-09-21
|-
| [[#MME-Leiterplatten|MME-Leiterplatten]] || 53604 || Bad Honnef || ? || ja || ja || ja? || 2014-09-21
|-
| [[#M & V Leiterplatten - Vertriebs GmbH|M & V Leiterplatten - Vertriebs GmbH]] || 56355 || Bettendorf || ? || ja || ja || ja || 2014-09-20
|-
| [[#Multi_Printed_Circuit_Boards_Ltd.|Multi-CB]] || 85649 || Brunnthal || nein || ja || ja || ? || 2015-02-16
|-
| [[#PCB Joker|PCB Joker GmbH]] || 12099 || Berlin || ? || ja || ja || ja || 2014-09-20
|-
| [[#PCB Pool|PCB Pool]] || 65326 || Aarbergen || ja || ja || ja || teilweise || 2014-09-20
|-
| [[#Precoplat|Precoplat]] || 47805 || Krefeld || ? || ja || ja || ja || 2014-09-20
|-
| [[#Q-print/Q-PCB|Q-print/Q-PCB]] || 68542 || Heddesheim || ? || ja || ja || nein? || 2014-09-20
|-
| [[#Rinde PCB GmbH|Rinde PCB GmbH]] || 42899 || Remscheid || ? || ja || ja || ja || 2015-01-23
|-
| [[#Ruwel|Ruwel]] || 47608 || Geldern || nein? || ja || nein || teilweise || 2014-09-20
|-
| [[#Steimer Leiterplatten GmbH|Steimer Leiterplatten GmbH]] || 42327 || Wuppertal || ja || ja || ja || ja || 2014-09-20
|-
| [[#Onlineshop WEdirekt|Onlineshop WEdirekt]] || 74585 || Rot am See || ja || ja || ja || [http://www.wedirekt.de/index.php/web/live/de/wedirekt/ueberuns/die_produktion/die_produktion_1.php ja] || 2014-09-20
|-
|}

==== 2PrintBeta ====
Homepage: http://www.2printbeta.de/Dienstleistungen/PCB-Stencil-Service::337.html
* SMD-Schablonen aus Mylar gelasert, preiswert und schnell. Masken bis zu 0.5mm Pitch problemlos möglich.
* Super günstig, super flott!
* Keine Begrenzung der Padanzahl.
* Als Student erhalten Sie 25% Rabatt! (Nur gegen Nachweis des Studentenausweises!)

==== Accent PCB GmbH ====
Homepage: http://www.accentpcb.com/duitsland-home.html

Eigendarstellung (vgl. auch [http://www.mikrocontroller.net/topic/316646 Forenthread]):
* Leiterplatten "ab 75€ - €99€"
* erfahrene Techniker
* Beratung gratis
* Produktion in Asien und Europa
* auch flexible und "starr-flexible" Platinen
* Standort: Niederlande

==== Ätzwerk GmbH ====
Homepage: http://www.aetzwerk.de

Eigendarstellung:
* 100x160mm, Lötstopp doppelseitig, Bestückungsdruck einseitig, Stuktur>0,15mm, Bohrungen>0,3mm, 7AT, 59€
* scheint auch an privat zu liefern
* SMD-Schablonen
* Expressfertigung

Erfahrungen:
* verschicken unaufgeforderte Newsletter
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/246385 Diskussionsfaden "Ätzwerk GmbH"]

==== am2s ====
Homepage: http://www.am2s.de
* Leiterplatten (Prototypen und Kleinserien, bis hin zur Großserie)
* Eildienst möglich
* Ein- und doppelseitige Leiterplatten, Multilayer.
* Layoutservice
* günstige Preise
* sehr gute Qualität
* Lieferzeit ab 3 AT

==== andus electronic ====
Homepage: http://www.andus.de
* Prototypen Fertigung
* Top Qualität
* Top Service
* Vergleichsweise Teuer

==== ANTtronic ====
Homepage: http://www.anttronic.de/pcb/ früher: http://www.gsel.de
* gute Preise, aber Lieferzeit beachten!
* 1 Europlatine einseitig kein Lötstoplack 17€ inkl. MwSt +7€ Versand
* 1 Europlatine doppelseitig ''nicht durchkontaktiert'' kein Lötstoplack 23€ inkl. MwSt +7€ Versand; 2Stück 37€

==== Basista Leiterplatten ====
Homepage: http://www.basista.de
* Eurokarte doppelseitig für 52€ inkl. MwSt / mit Stopplack + Best.Druck 94€ inkl. MwSt
* Prototypen standardmäßig chemisch zinnbehandelt
* Preise OK
* Früher geliefert ohne Aufpreis (7 statt 10 AT)
* Qualität OK
* Onlinekalkulator
* 100x160mm, zweiseitig, durchkontaktiert, mit Lötstop, 8AT, 82€

==== Bauer-Elektronik ====
Homepage: http://www.bauer-leiterplatten.de
* Eurokarte doppelseitig für 61€ inkl. MwSt 8AT Lieferzeit / Stopplack +10% / Best.Druck +10%
* Prototypen aktivzinnbehandelt, dieses lässt sich laut Firmenangaben noch nach Jahren löten
* Eildienst 2h: Versand am selben Tag bei Einsendung bis 13:00 400€ für 2dm²

==== Britze ====
Homepage: http://www.britze.de
* Leiterplatten in kleinen und mittlere Serien
* Musterleiterplatten / Prototypen
* 1- und 2-lagige Leiterplatten
* Multilayer bis 10 Lagen
* Aluminiumträgerleiterplatten
* ''Online-Kalkulator'' für Multinutzen und Leiterplatten
* Beratung/Layout/Entflechtung von Leiterplatten
* 100x160mm, zweiseitig, durchkontaktiert, mit Lötstop, 10AT, 73€
* scheint auch an privat zu liefern
"Seit dem 17.9.2012 werden alle Leiterplatten von Britze durch die Firma LeitOn GmbH vertrieben, mit der schon eine langjährige Zusammenarbeit besteht." Bestellungen direkt bei britze.de offenbar nur noch für Bestandskunden möglich.

==== B&B Sachsenelektronik GmbH ====
Homepage: http://www.bb-gruppe.de
* Klein- und Musterserien, Spezialist Sondertechniken
* Zusätzliche Partner für Großserien in Asien mit eigenen Mitarbeitern
* Ein- und Doppelseitige Leiterplatten
* Multilayer
* Schleifringe
* Starrflex
* Hochstromleiterplatte
* Dickkupfer
* Flexlam
* Dünnstleiterplatte
* IMS
* HDI Leiterplatte
* E-Test inklusive
* Datenformate: Gerber, Eagle, Excellon, Sieb & Meier
* Eildienst möglich
* Abrufeinteilung und Konsignationslager möglich
* Standort: 09648 Mittweida/Sachsen

==== Becker und Müller ====
Homepage: https://www.becker-mueller.de
* Online Kalkulator (2Lagen, 4 Lagen, 6 Lagen)
* Sonderbauformen (Alu, etc.) möglich
* Qualität gut
* Hochfrequenzschaltungen
* Eildienst möglich

==== Contag====
Homepage: http://www.contag.de
* SAUSCHNELL- ab 4 STUNDEN(!)
* Aber auch sehr teuer
* Qualität sehr gut

==== Christian Enzmann Gmbh ====
Hompage: http://www.enzmann.de

Prototypen
* Schnelle Reaktion auf individuelle Kundenwünsche
* Liefertermine werden eingehalten
Serienfertigung
* gefertigten Prototypen sollen später in Produktion von Großserien gehen
* Kunden können mit großen Stückzahlen versorgt werden

==== Deutschlaender Electronic GmbH ====
Homepage: http://www.deutschlaender.net
* Leiterbahnbreite und -abstand ab 100 µm
* Bohrdurchmesser (Endmaß) ab 0,2 mm
* Sacklöcher, Halblöcher, Tiefenfräsung
* Materialstärke ab 0,5 mm bis 2,4mm
* Kupferauflagen: 35 µm, 70 µm, 105 µm,145 µm und 235 µm
* Hoch-Tg oder Aluminiummaterial
* Fotosensitiver Lötstoplack (grün,schwarz,rot und weiß)
* Bestückungsdruck (weiß,gelb,schwarz und rot)
* Carbondruck (Kontaktflächen)
* Abziehlack
* Viadruck
* Konturfräsen
* Schlitze fräsen - auch durchkontaktiert
* Kerb Ritzen für Kontur, Sollbruchstellen, Sprungritzen
* Kontur anfasen, z.B. für Steckerkamm
* Oberflächenveredelung:
** HAL bleifrei / PbSn
** Chemisch Nickel/Gold(Ni/Au)
** Chemisch Zinn (Sn)
** Galvanisch Nickel/Gold (Ni/Au, Hartgold)
* Datenformate: Gerber, Eagle, Target, Autocad, Excellon, Sieb & Meier
* Eildienst möglich (3AT/5AT/7AT)

==== EPN Electroprint GmbH ====
Homepage: http://www.epn.de
* 8 Tage Lieferzeit, Eilservice 24h auch möglich
* Single-Layer, Multi-Layer (bis 22 Lagen als Spezialanfertigung!), Dickkupfer
* Verzinnung: Hot-Air-Leveling oder chemisch Zinn
* Lötstopplack verschiedene Farben nach Absprache möglich
* Stencil-Fertigung
* Thüringer Staatspreis für Qualität
* Standort: Neustadt an der Orla/Thüringen

==== Elischer Leiterplatten ====
mailto:aurel-elischer@t-online.de
* Firmensitz / Post-Adresse: Dipl.-Ing. Aurel Elischer, Leiterplatten, Am Forst 7, 72574 Bad Urach, Tel. 07125/4498, Ust.Id.-Nr.: DE 223 09 4959
* Layoutentwurf, LP Entwicklung, herstellen, bestücken, löten, prüfen
* 3 KW Lieferzeit (nach Vereinbarung auch kürzer)
* sehr gute Preise, Qual.1A
* einen Preis zu nennen, wäre Unfair. Es ist abhängig davon ob:
** 1 oder 2-seitig
** Leiterbahnenabstand und Lötflächenanstände größer als 0,3 mm
** Cu 30, 70, 110 µm
** Stärke der LP 1,0; 1,6; 2,0; ... mm
** mit (1- oder 2-seitig, grün, blau, weiß, schwarz,...)oder ohne Beschriftung
** mit oder ohne Stoplack
** gefräst oder nur geritzt
** einzeln oder X-Fach-Montage
* unbedingt Gerber 274X und Exellon für die Anfrage (Angebot kostenlos) beifügen; keine Angst: Gerber 274X und Exellon kann man aus jedem Programm generieren

==== Elk Tronic ====
Homepage http://www.elk-tronic.de
* Entwicklung und Fertigung von Kleingeräten und Kleinserien
* Verkauf von IC-Adaptern und Bauteilen

==== Eurocircuits GmbH ====
Hompage: http://www.eurocircuits.de
* ideal für kleine Stückzahlen ab 1 Stück
* Lieferzeit ab 2 AT
* gute Preise bei Prototypen aber auch bei mittleren Stückzahlen
* Online Datenvisualisierung und DRC Check
* SMD - Schablonen
* Preisberechnung eindeutig ohne versteckte Kosten
* Europakarte, 2-lagig, 68.87€ (2014-09-16)

==== Entwicklung & CNC (gewerblich) ====
Hompage: http://www.entwicklung-cnc.de 
mailto:julian.huesing85@googlemail.com
* Europlatine 100x160 1 bis 2 Seitig ca. 20-40€ (Berechnung Maschinenzeit)
* Auch große Platinen möglich.
* Isolationsbreiten abhängig vom Stichel: minimale Isolationsbreite ca. 0,15 mm
* Bohr und Fräsarbeiten, auch aufwändige Konturen realisierbar
* Lieferzeit 8AT, ansonsten Aufpreis bei schnellerer Lieferung
* CNC Fräsarbeiten in PCB, Alu, Holz, Kunststoff, GFK, etc. max. Verfahrwege: 1150x720mm (Fräsmaschine: BZT PFE1000)
* Fertigung erfolgt auf Rechnung mit ausgewiesener Mehrwertsteuer
* USt-IdNr.: DE293952582

==== Fischer Leiterplatten GmbH ====
Homepage: http://www.fischer-leiterplatten.de
* 1 Europlatine inkl. Lack, E-Test, ohne Bestückungsdruck für 46,41€ inkl. MwSt in 10 Tagen + Versand
* 1 Europlatine inkl. Lack, E-Test, Best.-Druck top oder bottom für 58,31€ inkl. MwSt in 10 Tagen + Versand
* 1 Europlatine inkl. Lack, E-Test, Best.-Druck doppelseitig für 117,81€ inkl. MwSt in 10 Tagen + Versand
* max. 4 lagig
* Bestückungsdruck doppelseitig
* Bohrungen no limit
* min Clearance 0,15mm (Standard)
* min Bohrdurchmesser 0,3mm (Standard)
* Gerber/Eagle/Protel/Target
* mehrere Leiterplatten können auf einer Europakarte, zum Preis einer Europakarte, zusammengefasst werden und werden automatisch vereinzelt.
* Überlieferung wird kostenlos beigelegt. (Sprich: in der Regel werden mehr Leiterplatten geliefert als bestellt.)
* Verkauf nur an Gewerbetreibende (aber es wird kein Gewerbenachweis verlangt ;) )
* Erfahrungen: [http://www.mikrocontroller.net/topic/209947#2078731]

==== GLS Leiterplatten-Service GmbH ====
Homepage: <strike>http://www.leiterplattenprototypen.de</strike> 
(URL defekt am 16.3.2015, Redirect zur DeNIC).

* Top Qualität (mittleres Preisniveau)
* Top Service
* Prüfung der Layoutdaten in der CAM
* Standardlieferzeit: 10 Arbeitstage
* Eilservice bis 3 Arbeitstage (mit Aufpreis)
* Oberfläche Standard: HAL bleifrei; aber auch z. B. chem. Gold, chem. Zinn und HAL bleihaltig
* einseitige, nichtdurchkontaktierte Leiterplatten
* durchkontaktierte Leiterplatten
* Multilayer: bis 8-Lagen
* bietet zusätzlichen Service rund um die Leiterplatte: Erstellung von Leiterplattenlayouts und Digitalisierung/Scannen von alten Fertigungsfilmen, Papierausdrucken oder vorhandenen Musterleiterplatten
* SMD Schablonen
* Prototypenfertigung bei Chemnitz

==== HAKA Elektronik-Leiterplatten GmbH ====
Homepage: http://www.haka-lp.de
* Zwillingsangebot: 2 identische Europakarten für 50€ (durchkontaktiert, Lötstop, kein Bestückungsdruck, nur Eagle- oder Target-Dateien), auch hierbei kostenlose Duplizierung kleinerer Layouts
* Zwillingsangebot: 2 identische Doppel-Eurokarten (200x160) für 90€, gleiche Bedingungen wie oben
* Prototypenangebot (min. Abstand 0,15 mm, min. Leiterbahnbreite 0,15 mm, kleinste Bohrung 0,3 mm, durchkontaktiert, Lötstop), 160x100mm in 2AT = 260EUR .. 8AT = 72 EUR .. 15AT = 63 EUR
* bei Platinen kleiner 1 qdm gibt es entsprechend mehr ohne Aufpreis
* Lieferzeit ab 3 Werktage; Achtung: Lieferzeit sind nur Circa-Werte und nicht verbindlich. Auch bei Aufpreis (AGB)!
* sehr gute Qualität

==== LED-Hobby ====
Homepage: http://www.led-hobby.de (ebay-Shop)
* keine Platinen
* SMD Bestückung, Reflowlöten, Lohnbestückung
* Laserschneiden in Plexiglas, Acryl, Sperrholz

==== IBR Leiterplatten GmbH & Co. KG ====
Homepage: http://www.ringler.de
* sehr freundlicher und kompetenter Service
* reagiert sehr schnell
* Qualität TOP
* Preise TOP - günstige Einmalkosten/Setup
* kann auch Dinge wie Alu, Starrflex, fine pitch oder 0,1 er vias
* Lieferzeit ab 2 Tage
* 2 Lagen in 10 Tagen - 10 Lagen Multilayer ohne besondere Nachfrage binnen 18 Tagen geliefert
* liefert generell schneller als bestätigt / macht auch Rahmenaufträge
* Mehrmengen bei Prototypen werden kostenlos geliefert
* SMD-Schablonen

==== ILFA Feinstleitertechnik GmbH ====
Homepage: http://www.ilfa.de

==== kessler systems GmbH ====
Homepage: http://www.kesslersystems.de
* Leiterplatten und Bestückung (Prototypen und Kleinserien, bis hin zur Großserie)
* Sehr schnell
* Ein- und doppelseitige Leiterplatten, Multilayer.
* Layoutservice
* SMD- und THT Bestückung
* Gerätebau
* günstige Preise
* sehr gute Qualität
* Lieferzeit an 3 AT
* Bauelementebeschaffung auch schon bei 1 Stück (super funktioniert)

==== LEITON ====
Homepage: http://www.leiton.de 
http://www.leiterplatten-online.de
* Flexible Leiterplatten online kalkulieren
* Alle Layouts werden in der CAM eingehend geprüft
* Schnellste Bearbeitung von Anfragen
* Diverse Spezialfertigungen (Aluminiumkern, HF, hoch-Tg etc.)
* Fließender Übergang vom Prototyp in die Serie möglich
* Niederlassungen in Hongkong & China für Großserien (LeitOn HK Ltd.)
* Relativ günstig
* bei mehreren kleinen Leiterplatten wird nach Gesamtfläche berechnet, nicht nach Mindestfläche x Mindestpreis x Stückzahl
* Gute Qualität
* Bis 8-lagig und ab 12 Std.

==== Leiterplatten-Express-Service GmbH ====
Homepage: http://www.les-gmbh.com

==== Microcirtec ====
Homepage: http://www.microcirtec.de
* Direct - Online - Shop — zum Kalkulieren-Bestellen und Kaufen
* Mit Auftragsverfolgung per Online
* Vom Rapid Prototyping bis zur Rapid Mass-Production
* Qualität betrachten wir als selbstverständlich
* Allerdings ist die Anmelde-Prozedur ein Drama
* Preiswert

==== MME-Leiterplatten ====
Homepage: http://mme-pcb.de
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/73790 Thread 'MME-PCB, Erfahrungen'](bereits 4 Jahre alt)
* Verkauft über seine Homepage (Onlinekalkulator)
* Europakarte: ES: 20,60 EUR, DSDK: 41,50 EUR
* Durchkontaktierung bei zweiseitigen Leiterplatten ist im Preis inbegriffen
* Trennen und Bohren inklusive
* Stopplack inklusive
* Bestückungsdruck (16€) kosten extra
* min. Abstand 0,20 mm, min. Leiterbahnbreite 0,20 mm, kleinste Bohrung 0,4 mm
* Lieferzeit 8-12 Arbeitstage (bei mir waren es nur 5 Werktage)
* Überlieferung kostet nichts (häufig wird eine Leiterplatte mehr geliefert, bei mir waren es bei vier bestellten Platinen zwei mehr)
* Mit einer bestellten einseitigen Platine (DIL Bauteile) bin ich sehr zufrieden
* Die auf der Seite beworbene Lierferzeit wird meist eingehalten.
* Bis zu zehn unterschiedliche Karten können in einem Auftrag gepoolt werden -> preiswerter weil dm² kosten über alle gerechnet werden.
* Antwortet bei mir nicht auf emails, telefonisch kaum zu erreichen.
*Kommunikation hat sich erheblich verbesssert.
* Kommunikation wieder schleppend ( stand: August 2013 )

==== M & V Leiterplatten - Vertriebs GmbH ====
Homepage: http://pcb-center.de früher: http://www.mvpcb.de/
* Bin sehr zufrieden, gute Preise, 10 - 14 Tage
* Top Qualität, nichts auszusetzen
* Qualität sehr gut, hohe Auflösung, auch SMD fine pitch möglich
* Eurokarte doppelseitig 2xStopplack FR4 bleifrei konturgefräst 63€ inkl. MwSt zzgl. Versand
* Eurokarte einseitig 1xStopplack FR4 bleifrei konturgefräst 44€ inkl. MwSt zzgl. Versand

* Freundlicher Kontakt, Leiterplatten sehen gut aus, lieferten 6 Tage zu frueh!
* Bis zu fünf unterschiedliche Karten können in einem Auftrag gepoolt werden -> preiswerter weil dm² kosten über alle gerechnet werden.

==== Multi Printed Circuit Boards Ltd. ====
Homepage: http://www.multi-cb.de

Eigendarstellung:
* Online Kalkulator
* nur für Gewerbetreibende
* 1-48 Lagen Leiterplatten und SMD-Schablonen ab 48h
* Standard 2L & 4L: 5AT Produktionszeit, 6L & 8L: 6AT Produktionszeit
* Standard: 125µm Leiter, 0.2mm Bohren
* Inklusive: Kompletter Design-Rule-Check, Tooling, Lötstopp 2x grün, Posidruck 1x weiß
* Möglich: 75µm Leiter, Blind- & Buried Vias, 0.1mm Bohren, Dickkupfer, ...
* Diverse Spezialfertigungen wie Flex, Starrflex, Metallkern, HF, Hoch-Tg, etc.
* Impedanzkontrolle inkl. Testcoupon
* UL-Zertifizierung

==== PCB Joker ====
Homepage: http://www.pcb-joker.com
* Poolkonzept extrem!
* 1- bis 4 Lagen Multilayer
* Allgemein schnell und geringe Terminzuschläge
* Leiterplatten werden bei verschiedenen deutschen Herstellern platziert
* Sehr günstig , sehr übersichtliche Onlinekalkulation
* Bezahlung per PayPal oder Vorkasse
* Farbe, Dicke, Kupferauflage und Oberfläche können nicht festgelegt werden, sondern sind "Joker"

==== PCB Pool ====
Homepage: http://www.pcb-pool.de
Alternativname: BETA Layout
* Standort: Im Aartal 14, 65326 Aarbergen, [http://www.openstreetmap.de/karte.html?zoom=17&lat=50.23705&lon=8.06361&layers=B000TT Link zur Openstreetmap Karte]
* ideal für einzelne Boards und Klein(st)serien
* Preise im üblichen Rahmen
* Günstigere Preise für 10er oder 20er Auflage
* sehr gute Qualität
* sehr kompetenter und freundlicher Service
* sehr gute Unterstützung bei Sonderwünschen
* Lieferzeit ab 2 AT
* SMD-Schablonen
* Aktzeptieren von den gängigsten Layoutprogrammen die Boarddaten direkt. AUCH von KiCAD. Siehe http://www.pcb-pool.com/ppde/info_dataformat.html
* Bietet als Service das (Platz optimierte) Zusammensetzen verschiedener Platinen/Projekte. (Stichwort: Ausnutzen von konkaven Polygonen oder Platinen mit "Loch" durch andere Kleinstplatinen). Es können auch Projektdateien verschiedener Programme kombiniert werden (Dafür unbedingt manuelles Angebot per Mail einholen und als Kommentar anmerken. ACHTUNG: Der Online-Kalkulator erstellt hier pro Upload einen Auftrag! Daher für eine solche Kombination NICHT verwenden)

==== Precoplat ====
Homepage: http://www.precoplat.de

* Standort: [http://www.openstreetmap.de/karte.html?zoom=17&lat=51.32818&lon=6.58062&layers=B000TT Oberdiessemer Str. 15, 47805 Krefeld]
* Prototypen, Großserien und alles dazwischen.
* Extrem flexibel im Angebot (Fläche/Lieferzeit, Blitz-Prototyping, Rapid-Mass-Produktion)
* Online Bestellung
* sehr gute Qualität
* bis 24 Lagen
* Mikro-Vias 100-200u
* Carbonlack
* Elektrischer Test (Flying probe + Nadelbett)

==== Q-print/Q-PCB ====
Homepage: http://www.Q-PCB.de
* ideal für einzelne Boards und Klein(st)serien
* supergünstige Preise
* gute Qualität (u.U. Lötstop etwas unsauber)
* keine Zusatzpreise für 2x Lötstoplack o.ä.
* 150 µm kleinste Strukturbreite
* ohne Aufpreis bekommt man entweder HAL oder Ni/Au, gegen Aufpreis kann man aus einem von beiden wählen
* SMD-Schablonen
* Lieferzeit ab 4 AT
* Platine 50mm x 60mm, doppelseitig: ~45€ incl. Versand und ~5€ Nachnahme
* Platine 85mm x 58mm, doppelseitig: 33€ zzgl 6,80 Versand
* Platine 100mm x 160mm, doppelseitig: 49€ +7€ für Lötstopp +6,80€ Versand

==== Rinde PCB GmbH ====
Homepage: http://www.rinde.de
* Mitglied der chinesischen Sunshine PCB Group

==== Ruwel ====
Homepage: http://www.ruwel.com
* Standort: Am Holländer See 70, 47608 Geldern, [http://www.openstreetmap.de/karte.html?zoom=17&lat=51.50451&lon=6.32046&layers=B000TT Link zur Openstreetmap Karte]
* Werke in Deutschland und China
* Überwiegend Großserien.
* Hochtemperatur, Dickkupfer, Kupferinlays, Semiflex, Sacklochbohren.

==== SMTstencil (Großbritannien) ====
Homepage: http://smtstencil.co.uk
* SMD-Schablonen aus Polyester gelasert
* preiswert
* kleinste Strukturen 0,25 x 0,25 mm²
* kleinster Abstand 0,3 mm

==== Steimer Leiterplatten GmbH ====
Homepage: http://www.steimer.de

==== The PCB-Shop / Europrint Deutschland GmbH ====
Homepage: http://www.thepcbshop.com
* Punktabzug, da der Preisrechner nur mit Internet Explorer funktioniert
* gute Qualität
* guter Preis (inkl. gratis Überlieferungen - 30 kleine Platinen bestellt, 35 bekommen)
* wenig Statusinformationen (Link zur Statusseite kommt per Mail, dort ändert sich der Status und der Empfänger eigentlich täglich - ist aber trotzdem fristgerecht angekommen)

==== Würth Elektronik GmbH & Co. KG ====
Homepage: http://www.we-online.de
* gehört sicherlich nicht zu den preisgünstigsten
* kann Bauteile in der Leiterplatte fertigen (R, C, Potis u.a.)
* beherrscht Microvias in allen erdenklichen Varianten
* sehr kompetentes Ansprechpersonal

==== Onlineshop WEdirekt ====

Homepage: http://www.wedirekt.de
* PCB's in Basistechnologie, 2-8 Lagen
* SMD Schablonen in allen Ausführungen
* Europlatine doppelseitig mit Lötstopplack 67€ inkl. MwSt
* Design- und Applikationsfachbücher rund um EMV


=== Deutschland sehr günstige===
Diese Hersteller zeichnen sich durch einen sehr günstigen Preis von '''unter 30€ pro doppelseitiger Eurokarte''' aus und können (bis auf pcb-devboards) '''keine Durchkontaktierungen''' herstellen.

==== EBC Utz Kohl ====
Homepage: [http://www.e-b-c-elektronik.de http://www.e-b-c-elektronik.de]
* recht einfach gehalten, daher wirklich günstig
* Ideal für den Bastler, denen es auf den Preis ankommt
* Geätzt einseitig Euroformat 160 x 100mm 16,- EUR (zzgl 1,- EUR Entsorgungspauschale pro Platine)
* Geätzt doppelseitig Euroformat 160 x 100mm 26,20 (zzgl 2,- EUR Entsorgungspauschale pro Platine)
* Geometrie: Leiterbahnabstand/-breite >0.3/0.3mm; Bohrdurchmesser >0.8mm?; Bohrrestring >? = D-d; Leiterplattengröße <160x100mm?; ein- und doppelseitig
* doppelseitige Platinen sind nicht durchkontaktiert !
* eigentlich ein Ladengeschäft, versendet jedoch auch

==== Platinenbelichter ====
Homepage: http://www.platinenbelichter.de
* eine doppelseitige Europlatine kostet 14,90 EUR Grundpreis + Bohrungen (Preis je Bohrung 0,026cent)
* Geometrie: Leiterbahnabstand/-breite >0.18/0.18mm; Bohrdurchmesser >0.4mm; Bohrrestring >0.25mm = D-d; Leiterplattengröße <300x200mm; ein- und doppelseitig
* Lötstopplack grün auf anfrage möglich
* Scannservice
* Layoutherstellung vom Schaltplan bis zur fertigen Platine

==== Platinendesign ====
Homepage: http://www.platinendesign.de
* Geometrie: Leiterbahnabstand/-breite > 0.25/0.25mm; Bohrdurchmesser >?; Bohrrestring > 0.3mm = D-d; Leiterplattengröße < 300×200mm; ein- und doppelseitig
* eine doppelseitige Europlatine kostet 14 EUR Grundpreis + Bohrung 2cent + Optionen
* keine Durchkontaktierungen möglich
* Lötstopplack grün
* Lieferzeit von bis zu 8 Arbeitstagen nach Geldeingang
* Zeitweise geschlossen, Neueröffnung am 31.3.2013

==== Ertürk Electronic ====
Website: http://www.erturk.de

[mailto:info@erturk.de info@erturk.de]
* Wir rechnen nach dm², Platinenbestellung nur per E-Mail oder telefon möglich. E-Mails werden sehr schnell beantwortet!
* Platine 1seitig FR4, 10,00€/dm²
* Platine 2seitig FR4, 14,00€/dm²
* Kupfer-Endstärke 35µm oder 70µm oder 105µm
* Chemische Verzinnung optional erhältlich
* Geometrie: Leiterbahnabstand/-breite > 0,16/0,16mm; Bohrdurchmesser > 0,4mm; Bohrrestring >0,3mm, Leiterplattengröße < 220×330mm; ein- und doppelseitig
* Sehr hohe Qualität
* Bohrung möglich (ab 20 dm² CNC gesteuert), 0,03 Euro pro Bohrung
* Lieferzeit meistens nach Geldeingang oder bis 3 Arbeitstage
* Ab 15 Platinen sind Durchkontaktierungen, Lötstoplack, Bohrungen und Positionsdruck möglich (Lieferzeit bis zu 2 Wochen). Anfrage und Auftragsannahme nur mit Gerberdaten oder Eagle Daten möglich.
* Für ein Prototyp-Angebot reicht eine Eagle, Sprintlayout- Target3001 oder PDF-Datei schon aus. PDF muss im Maßstab 1:1 und schwarz/weiß sein
* Bestückung möglich (THT / SMD oder gemischt) SMD-Bestückung mit Reflow Verfahren!
* SMD Schablonenherstellung
* Verpackung und Versand von 0,00 bis 5,90 Euro innerhalb Deutschland egal wieviel Sie bestellen
* Mindestauftragsannahme ab 15,00 Euro Inklusiver Verpackung/Versand.
* Stand: Juli 2014

==== Cadgrafik Bauriedl (nur Filme) ====
Homepage: [http://cadgrafik-bauriedl.de/leiterplattenfilme.htm]
* Überträgt Layouts auf hochwertige Folie/Film zum Selberätzen
* 24h Service
* 1,25 € / 100 cm² Film, 5,00 € Mindestbestellwert (Stand Mai 2016)
* 2 € Porto, Rollenversand teurer (Stand Mai 2016), Mindestsumme = 7€

==== pcb-devboards.de ====
Shop ab 30.10.2015 auf unbestimmte Zeit geschlossen.
Homepage: http://www.pcb-devboards.de/catalog/index.php?cPath=38_55_157
* Einseitige oder doppelseitige durchkontaktierte Leiterplatten mit 0,5-3,20mm Dicke
* Fertigung nur alle 10-15 Arbeitstage
* Eagle, Target (freeware) oder extended Gerberdaten
* Basismaterial FR4 (standard oder schwarz) oder RO4003C (weiß)
* bestimmte Stückzahl von Einzelplatinen ist inklusive, bei sehr vielen Platinen wird eine Fräspauschale erhoben
* Leiterbahnabstand/-breite Standard: 0,2mm Optional: 0,15mm
* Kleinster Restring umlaufend Standard: 0,2mm Optional: 0,15mm
* Kleinster Bohrdurchmesser: 0,4mm
* Optional 35µm Lötstopplaminat
* Bestückungsdruck nicht verfügbar
* Oberfläche: chemisch Zinn oder Silber
* Kupfer-Endstärke 35µm oder 70µm
* Maximale Größe 290x195mm = 5,65dm²
* Versand nach Deutschland ab 6 € (für Stammkunden ab 3,40 €), EU ab 8 €, weltweit ab 8 €

Preisbeispiele:
* FR4 1,60mm 44x44mm doppelseitig 5 €
* FR4 1,60mm 160x100mm einseitig 16,50 €, doppelseitig 23,50 €
* FR4 0,5mm 0,8mm 1,0mm 1,6mm 290x195mm doppelseitig 50 €, Dicke: 3,2mm 60 €

Erfahrungsbericht von [http://www.mikrocontroller.net/articles/Spezial:Beitr%C3%A4ge/Voga2073 Voga2073]: sehr gute Qualität auch bei feinen Strukturen. Der Lötstoplack ist auflaminiert, aber sehr gut positioniert. Leider ist kein Bestückungsdruck möglich. Besonders hervorzuheben ist die Erstellungsdauer: montags bis 12 bestellt, am folgenden Samstag war der Brief in meinem Briefkasten (dies jetzt schon nach drei Bestellungen wiederholt so gelaufen). Preislich ist dieser Anbieter recht attraktiv, ich bin hierhin gewechselt, seit Jakob seine Preisstrategie verschlechtert hat und ich werde wohl bei diesem Anbieter bleiben. Noch positiv zu erwähnen ist das Shopsystem, für jeden wesentlichen Schritt im Herstellungsprozess wird man benachrichtigt. Alles in allem ein sehr guter Anbieter.

=== EU ===
Einfacher, parametrisierbarer Preisvergleich für aktuell 21 weltweite Platinenhersteller (inkl. Abschätzung der Versandkosten): http://pcbshopper.com

==== BILEX-LP (Bulgarien) ====
Homepage http://www.bilex-lp.com
* deutschsprechender Ansprechpartner
* liefern bleifreie Platinen(RoHs konform)
* 26€ für eine doppelseitige Eurokarte ohne Lack und Druck
* ca. 19 euro fuer eine 80x100mm 2-lagige Platine inkl. dukos
* Stencils ab 15.00€
* SMD- und THT Bestückung, Beschaffung der Bauteile
* Layoutservice
* Lieferzeit ab 3-4 AT
* insgesamt von 5 bis 7 AT Anlieferung bei Airmail (Porto ab 4,-Euro)
* FedEx wollte von Bulgarien aus ab 27,-Euro, 1-2AT), DHL ab 20,-Euro, besser DHL nehmen
* Löcher größer 6 mm wurden nicht gebohrt, sondern gefräst(gegen Anfrage)
* Berichtete Qualitätsmängel (in Einzelfällen): ausgefranste Platinenfräsung, Lötstoplack hebt ab(nur bei Sn-Pb beschichtung, nicht bei Ni-Au).
* Fräsungen müssen extra bestellt werden! Aber trotzdem günstig

==== CUBE CZ s.r.o. (Tschechische Republik) ====
Homepage http://www.cube.cz

* kein Termineinhaltung bei Eilservice - Lieferung hat sich durch wiederholte DRC Checks (dauern jeweils einen Tag) und Vorauskassa statt Zahlungsziel 20 Tage wie auf der Rechnung angegeben von 4AT auf 10AT verzögert
* Keine Design Rules auf der Homepage verfügbar
* UL Zertifikat aus 2001 für nur 6 Mil Traces
* für Deutsche Verhältnisse günstig

==== LNAFIN (Finnland) ====
Homepage: http://electronics-pcb.com 
Produkte: http://electronics-pcb.com/shop 
mailto:pcb@lnafin.com
* PCB Vertrieb mit Mikrowellenbereich und Multilagig HDI Kompetenz
* Leiterplatten fuer Industrie und auch als Kleinserien (kein MOQ)
* Elektronik und Layout Design Hilfe (bitte siehe Produkte)
* Auch ASIC design und PCBA (14 ASIC Erfahrung)
* Sicher Service auf Deutsch

==== PIU-Printex (Österreich) ====
Homepage http://www.piu-printex.at
* Bei größeren Mengen (> 20 Stück, einseitig, viele Bohrungen) günstig
* Bearbeitung innerhalb 6 AT
* Telefonische Kontaktaufnahme bei Rückfragen
* Ich war sehr positiv überrascht.

==== PRIONIK (Österreich) ====
Homepage: noch in Arbeit 
mailto:office@prionik.at
* Erstellung von hochwertigen Folien/Filmen zum selberätzen
* 1,25 € / 1dm² Film, 2,50 € Mindestbestellwert (Stand September 2013)
* 2 € Porto Österreich (Stand September 2013)
* 4 € Porto Deutschland (Stand September 2013)
* Leiterplattenfertigung auf Anfrage

==== Ragworm (GB) ====
Homepage http://www.ragworm.eu
* "All-inclusive"-Angebot mit:
:*orangenem Lötstopplack
:*weißem Bestückungsdruck
:*(beides beidseitig)
:*2-lagig
:*internationalem Versand (bei mir 2 Tage, Luftpolsterumschlag)
:*Fräsen/Trennen
:*Check der Gerber-Daten (innerhalb von ein paar Stunden bei mir)
* 10 Stück 5x5: je 8,53 Pfund (~ 10,40€ 23.01.14)
* Bearbeitung innerhalb von 10 AT
* sehr schneller und netter Mail-Kontakt
* gratis Geschenk (bei mir eine 7*9cm große Experimentierplatine + 2 Sticker)
* es wird ein unauffälliger, kleiner, süßer Wurm (der Ragworm) auf den Lötstopp hinzugefügt

==== The PCB Shop (Belgien) ====
Homepage http://www.thepcbshop.com
* Für einfache Sachen
* Preisrechner funktioniert nur mit IE

==== Vi&Rus International (Bulgarien) ====
Homepage: http://www.vrint-pcb.com
* 160x100 für Euro 58,- incl. Express-Versand
* 3 (!) Arbeitstage
* RoHS, ENIG
* 2 Lagen, durchkontaktiert
* Lötstop beideitig
* Bestückungsdruck
* E-Test
* incl. Vereinzelungen (gefräst)
* incl. Versand (1 AT), also am 4. AT geliefert
* Erstklassige Qualität, auch bei Fine-Pitch; schneller, freundlicher Support.

==== SET - Steiner Elektronik Technologie (Bulgarien) ====
Homepage: http://www.setpcb.bg und http://setgmbh.de
* Werk in Bulgarien
* Leiterplatten und Bestückung
* Standardlieferzeit: 8AT
* Gute Qualität, schneller unkomplizierter Support (deutsch und englisch)

==== Multi Circuit Boards Ltd. (GB) ====
Homepage: http://www.multi-circuit-boards.eu
* Versand erfolgt aus Deutschland, Herstellung in GB
* nur für Gewerbetreibende
* Eurokarte doppelseitig mit Lötstopplack, Bestückungsdruck und E-Test in 6AT: 68,54€ inkl. MwSt
* Online Kalkulator

* farbiger Lötstopplack und Bestückungsdruck möglich
* 48 Stunden Express
* Kompletter Design-Rule-Check der CAM-Daten
* Diverse Spezialfertigungen (Flex, Starrflex, Metallkern, HF, hoch-Tg, etc.)
* Sehr gute Qualität
* Liefertermine werden gerne etwas überschritten (auch bei Eilservice)
* Standard 125µm und 5 AT

==== Euro PCB Ltd. (GB) - obsolet ====
Homepage http://www.europcb.com
* Günstige Leiterplatten
* Schnelle Lieferung
* Qualitativ OK
12.02.2012: Webseite ist leer;
2015: Webseite verweist auf http://www.multi-circuit-boards.eu

==== Top-Tec-PCB (GB) - obsolet ====
'''Geschäftsbetrieb eingestellt'''

Homepage http://www.top-tec-pcb.com
* Günstig für Klein- bis Großserien
* Discount bei Nachbestellung
* sehr gute Technik (z. B. 100µm Bohren oder 75µm Leiterbahn)
* deutschsprechender Ansprechpartner
* liefern bleifreie Platinen (HAL, chem. Gold, Silber u. Zinn)
* 48h Eildienst

==== OLIMEX Ltd. (Bulgarien) - obsolet ====
'''Zur Zeit keine PCB-Fertigung (07.01.2015, 3.2015)'''

Homepage http://www.olimex.com

Habe mehrere Jahre bei Olimex meine Prototypen herstellen lassen. Stets saubere Arbeit erhalten. Bis ich denen mal falsche Gerber-Dateien zusandte. Als ich einige Stunden spaeter den Fehler bemerkt hatte, bat ich um Stornierung und Neuzusendung. Gegen ein zusaetzliches Entgelt wurde dies akzeptiert.
Die angesagten Zusatzkosten wurden zwar von mir nicht abgebucht, aber ich erhielt 1 Woche spaeter die anfaenglich falsch zugesandten PCB's.
Die Zusammenfassung des darauffolgenden Email-Verkehrs: Ein Schulterzucken seitens Olimex und die Bitte, eine neue, kostenpflichte Bestellung zu taetigen.

=== USA ===

==== OSH Park ====
Homepage: http://oshpark.com (USA)
* Vermittler und keine eigene Herstellung ("PCB pooling service"). Die Fertigung erfolgt in den USA.
* Nachfolger von BatchPCB.
* $5.00 pro Quadratzoll für drei Platinen inkl. Versand nach Deutschland. (2 Lagen, doppelseitiger Bestückungsdruck, Lila)
* An den Platinen sind noch Stege von der Fertigung, die sich allerdings gut entfernen lassen.
* Herstellung dauert meist ca. 1 Woche.
* Versand in der kostengünstigen Version nochmals ca. 2 Wochen. Schneller geht es mit Aufpreis.
* Auch Fertigung von 4 Layer und Kleinserien möglich.

'''Erfahrungsbericht 2015-12'''
Hatte IS51 Platine als Eagle BRD Datei in Auftrag gegeben (100x80 2-Layer). Es werden immer 3 Stk. gefertigt.
Kosten ca. 60€ (aufgrund des aktuell fast 1:1 Kurses). Das ganze Bestellsystem auf der Webseite hat mit sehr gut gefallen. Vor der Bestellung bekommt man Ansichten der Platine (Top/Bottom/etc.) was grobe Fehler vermeiden sollte. Auch danach bekommt man per Mail Statuswechsel seiner Bestellung (in Arbeit; gefertigt; Versandstatus+Trackingnummer). Macht Alles einen wohldurchdachten und professionellen Eindruck!
Platinen kamen insgesamt nach ca. 2,5 Wochen (davon ca. 1 Woche Transport von USA nach DE+Zoll).
Die Platinen sehen sehr gut aus. Violetter Lötstoplack und vergoldete Pads. Qualität ist auch sehr gut.
Die Platinen hatten allerdings ein vom Layout verursachtes Problem. Es wurden SMD Widerstände verwendet, die
eine Ausfräsung im Milling-Layer hatten. Analyse wurde nach Ticketaufgabe durch OSHPark durchgeführt.
Dabei sehr nett, zügige Antworten und professionell. Obwohl der Fehler im Layout lag und nicht beim Fertiger,
wurde trotzdem eine Nachfertigung ohne Kosten auf Kulanzbasis durchgeführt!

Also alles TOP! Nur mit der englischen Sprache sollte man gut zurecht kommen.

==== PAD2PAD ====
Homepage http://www.pad2pad.com (USA)
* Bestücken die Platinen auch mit Digikey-Bauteilen.

==== PCBPro ====
Homepage http://www.pcbpro.com (USA)
* Bei größeren Mengen (z. B. 100 Stück) sehr niedrige Preise

=== China ===

==== dfrobot ====
Homepage http://www.dfrobot.com (China)

* Mindestens 10Stk
* Größe in 5cm Preisrasterung
* 10Stk 5x5 cm 9.9USD => 1USD/Stk
* 200Stk 5x5 cm 69.5USD => 0.35USD/Stk
* 4 Lagig 10Stk 5x5 cm 64.90USD => 6.49USD/Stk

Bemerkung: auf der angegebenen Webseite sind jede Menge Robotik-Gadgets zu finden, von Leiterplattenherstellung keine Spur. Ist der Eintrag noch gültig? --[[Benutzer:Traumflug|Traumflug]] ([[Benutzer Diskussion:Traumflug|Diskussion]]) 21:24, 16. Aug. 2015 (CEST)
Er ist noch gültig http://www.dfrobot.com/index.php?route=product/category&path=135_134

==== Dirtypcbs ====
Homepage http://dirtypcbs.com (China)
* Mindestens 5Stk
* 2 Layer ca. 10Stk 5x5 cm $14
* 2 Layer ca. 10Stk 10x10 cm $25
* 4 Layer ca. 10Stk 5x5 cm $30 (nur grün)
* 4 Layer ca. 10Stk 10x10 cm $50 (nur grün)
* Versand: kostenlos 8 Wochen, DHL 30$ 9 Tage
* Thread: https://www.mikrocontroller.net/topic/362576#4071490

==== Elecrow ====
Homepage http://www.elecrow.com/services-c-73.html (China)
* Mindestens 5Stk
* Andere Farben ohne Aufpreis
* Größe in 5cm Preisrasterung
* 2 Layer 10Stk 5x5 cm $10
* 2 Layer 10Stk 10x10 cm $24
* 2 Layer 10Stk 10x10 cm $13 (nur grün)
* 4 Layer 10Stk 10x10 cm $24
* Nutzen sind möglich: http://www.elecrow.com/blog/pcb-panelize/
* Thread mit Bildern: https://www.mikrocontroller.net/topic/319266

==== Gold Phoenix ====
Homepage http://www.goldphoenixpcb.biz (VR China)

==== ITead Studio PCB prototyping service ====
Homepage http://iteadstudio.com/store/index.php?main_page=index&cPath=19_20 (VR China)
* Sehr günstige Leiterplatten
* Relativ günstige Lieferung
* 10 Stück mit jeweils 5x5cm für 9,90€
* Qulität relativ gut
* 100% E-Test
* Teilweise Probleme mit Gerberdateien, die knapp am Limit (6 mil) sind
* Testvideo: [http://www.eevblog.com/2011/03/11/eevblog-155-itead-studio-pcb-prototype-goof/ EEVBlog #155]

==== MakePCB ====
Homepage http://www.makepcb.com (Shanghai, VR China)
* Ich habe bei MakePCB Platinen geordert und als Zahlungsart Paypal angegeben. Die automatische Bestaetigung kam, es stand nochmal explizit drin dass ich Paypal als Zahlungsart gewaehlt habe und die Bemerkung, dass bei Zahlungsart Paypal in 2 Tagen eine Mail an die gleiche Adresse kaeme mit den Daten für Paypal. Naja, nach 4 Tagen war immernoch nichts da, ich habe denen eine Mail geschrieben und nochmal nach den "versprochenen" Paypaldaten gefragt. Drei Tage spaeter war immernoch nichts da, also habe ich die Bestellung abgebrochen. Am 8. Tag kam die Zahlungsforderung über Paypal, kein Wort der Erklaerung. Am 10. Tag kamen zwei identische Mails, die sagten man haette die PayPal-Zahlungsaufforderung schon geschickt. Irgendwas laeuft in dem Laden also schief.
* Weiterer Erfahrungsbericht zu MakePCB: Nach einiger Überlegung habe ich mich entschieden, es zu wagen, bei MakePCB Platinen zu bestellen. Meine Platine hatte halbes Euro-Format, aus Kostengründen habe ich gleich 5 Stück bestellt. Der gesamte Preis betrug ca. 45 €, Zahlung per PayPal funktionierte ohne Probleme. Auf der Internetseite von MakePCB wurde für die Produktion 14 Tage, für Shipment 10-14 Tage veranschlagt. Nach der Bestellung konnte ich den Status der Bestellung online in einer Tabelle einsehen. Nach etwas mehr als den veranschlagten 4 Wochen kamen heute die Platinen am. Die Verpackung wirkte nicht sehr professionell (gepolsterter Umschlag, auf den mit Filzstift meine Anschrift geschrieben war), nach dem Aufreissen des Umschlags hielt ich ein mehrfach mit gepolsterter Folie und Klebeband umklebtes Päckchen in der Hand. Erst als ich die Folie entfernt hatte kam eine professionell mit Luftpolsterfolie verschweisste Packung zum Vorschein. Die Platinen sehen, so weit ich bisher beurteilen kann, gut aus, lediglich der Bestückungsdruck ist ein wenig versetzt. Ein kurzer exemplarischer Test mit dem Multimeter sah auch in Ordnung aus. Alles in allem macht das Angebot, insbesondere zu dem Preis, einen echt guten Eindruck. Ich kann es nur empfehlen.

==== PCBCart ====
Homepage http://www.pcbcart.com (China)
* auch kompliziertere Designs
* schnell und zuverlässig
* Eurokarte doppelseitig mit Lötstopp beidseitig und Bestückungsdruck kostet 60€ ohne MwSt +15€ Versand
* 2Stück 64€ ohne MwSt +15€ Versand
* 10Stück 90€ ohne MwSt +15€ Versand
* Eurokarte einseitig ohne Lötstopp und ohne Bestückungsdruck kosten 10Stück 71€ ohne MwSt +19€ Versand
* Preiskalkulation inzwischen auch ohne Anmeldung (18.12.2015)

==== Seeed ====
Homepage http://www.seeedstudio.com (China)
* Mindestens 10Stk
* Größe in 5cm Preisrasterung
* 10Stk 5x5 cm 9.9USD => 1USD/Stk
* 4 Lagig 5Stk 5x5 cm 39.90USD => 8USD/Stk
* 4 Lagig 10Stk 5x5 cm 49.90USD => 5USD/Stk
* Blaue, weiße, rote, gelbe, schwarze platinen für 10USD Aufpreis
* Überproduktion wird mit geliefert, bei einer 2cmx1cm Platine wurden 24Stk anstatt 10Stk geliefert.
* Kostenloser Standardversand bei Bestellungen über 50USD

==== ShenZhen2u ====
Homepage http://www.shenzhen2u.com (China)
* Mindestens 10Stk
* Auch 6 lagige boards
* Größe in 5cm Preisrasterung
* Maximal 30x30cm
* 10Stk 5x5 cm 8.9 USD => 0.9 USD/Stk
* 2 Lagig 500Stk 5x5 cm 139 USD => 0.27 USD/Stk
* 4 Lagig 10Stk 5x5 cm 33 USD => 3.3 USD/Stk
* Dieser Eintrag wurde [http://www.mikrocontroller.net/articles/Spezial:Beitr%C3%A4ge/Shenzhen2u vom Hersteller] selbst erstellt.

Anmerkung: sehr günstige Preise, dafür hohe Versandkosten ("Swiss Post" 27 USD, keine kostenlose Versandoption)

==== smart prototyping ====
Homepage: http://smart-prototyping.com (China)
* Mindestens 10Stk
* Größe in 5cm Preisrasterung
* Auch 6 lagige boards
* Maximal 40x40cm
* 10Stk 5x5 cm 8.9USD => 0.9USD/Stk
* 500Stk 5x5 cm 132.92USD => 0.27USD/Stk
* 4 Lagig 10Stk 5x5 cm 39.9USD => 4USD/Stk
* 6 Lagig 10Stk 5x5 cm 239.9USD => 24USD/Stk
* Lieferzeit ca. 10 Tage (Standardversand mit der Deutschen Post nach DE)
* Schnellere Bearbeitung bei Aufpreis möglich
* Eagle *.brd Dateien werden akzeptiert
* Design Rules für Eagle von der Homepage ladbar
* Problemloser und schneller Kontakt per Mail (englisch)

== Preisvergleichstabellen (Stand Februar 2010) ==

Preise für 1, 2 Europlatinen (160x100), FR4 1.6mm, HAL bleifrei, 150µm Leiter, 0.3mm Bohren, doppelseitig, 8AT, kein Bestückungsdruck, inkl. MwSt, ohne Versand.

{| class="wikitable" cellspacing="0" cellpadding="5" align="center" style="text-align:center"
|-
!style="text-align:left" |Hersteller !!Preis (€) 1x !!Preis (€) 2x
|-
|style="text-align:left" colspan="3" |''ohne Lötstopp, ohne E-Test''
|-
|style="text-align:left" |'''Basista Leiterplatten'''|| 43,66 || 81,61
|-
|style="text-align:left" |'''Fischer Leiterplatten GmbH''' (10AT, immer mit LS.+E-T.)|| 46,41 || 73,07
|-
|style="text-align:left" |'''HAKA Elektronik-Leiterplatten GmbH'''|| 64,54 || 106,13
|-
|style="text-align:left" |'''LEITON'''|| 54,98 || 104,51
|-
|style="text-align:left" |'''MME-Leiterplatten''' (200µm Leiter)|| 41,44 || ?
|-
|style="text-align:left" |'''PCB Pool'''|| 50,27 || 100,54
|-
|style="text-align:left" |'''Q-print/Q-PCB'''|| 55,62 || 95,89
|-
|style="text-align:left" colspan="3" |''mit Lötstopp, mit E-Test''
|-
|style="text-align:left" |'''Basista Leiterplatten'''|| 77,66 || 115,61
|-
|style="text-align:left" |'''Fischer Leiterplatten GmbH''' (10AT)|| 46,41 || 73,07
|-
|style="text-align:left" |'''LEITON'''|| 88,79 || 147,39
|-
|style="text-align:left" |'''Multi PCB Ltd. Leiterplatten''' (6AT)|| 78,06 || 156,13
|-
|style="text-align:left" |'''M & V Leiterplatten - Vertriebs GmbH'''|| 62,83 || 125,66
|-
|style="text-align:left" |'''Onlineshop WEdirekt'''|| 128,75 || 172,38
|}

Preise für 1, 2, 10 Europlatinen (160x100), FR4 1.6mm, HAL bleifrei, 150µm Leiter, 0.3mm Bohren, doppelseitig, 8AT, 1x Bestückungsdruck, 2x Lötstopp, E-Test, inkl. MwSt, ohne Versand.

{| class="wikitable" cellspacing="0" cellpadding="5" align="center" style="text-align:center"
|-
!Hersteller !! Preis (€) 1x !!Preis (€) 2x !!Preis (€) 10x !! Nachbest. (€) 10x
|-
|style="text-align:left" colspan="5" |''mit Lötstopp, mit Bestückungsdruck, mit E-Test''
|-
|style="text-align:left" |'''Fischer Leiterplatten GmbH''' (10AT)|| 58,31 || 84,97 || 337,72 || 219,91
|-
|style="text-align:left" |'''HAKA Elektronik-Leiterplatten GmbH'''|| 82,54 || 124,13 || 302,08 || 284,08
|-
|style="text-align:left" |'''LEITON'''|| 124,37 || 187,15 || 389,84 || x
|-
|style="text-align:left" |'''Multi PCB Ltd. Leiterplatten'''|| 78,06 || 156,13 || 272,27 || 180,64
|-
|style="text-align:left" |'''M & V Leiterplatten - Vertriebs GmbH'''|| 110,43 || 173,26 || ? || ?
|-
|style="text-align:left" |'''PCB Pool'''|| 122,29 || 129,26 || 407,58 || x
|-
|style="text-align:left" |'''Q-print/Q-PCB'''|| 96,80 || 166,90 || 834,48 || x
|-
|style="text-align:left" |'''Onlineshop WEdirekt'''|| 145,18 || 190,64 || 379,49 || x
|}

== Lohnbestücker - Kleinserien ==

=== Deutschland ===

==== PCB Pool ====
Homepage: http://www.pcb-pool.com/ppde/info_pcb_assembling.html
* Prototyp & Kleinserien, Größere Stückzahlen auf Anfrage
* SMD bis 0402, THT
* 5 Tage ab Eingang aller Bauteile
* Produktionsstandort: ??

==== D-E-K Dischereit GmbH & Co. KG ====
Homepage: http://www.dischereit.de
* Prototyp, Kleinserien, Serie
* SMD bis 0402, THT
* Bauteilbeschaffung
* Standort: Ascheberg, Coesfeld, Deutschland

==== kessler systems GmbH ====
Homepage: http://www.kesslersystems.de
* SMD bis 0201, THT
* BGAs
* macht auch Großserien
* 5 Tage ab Eingang aller Bauteile, Express möglich
* Standort: Königseggwald nähe Ravensburg, Deutschland

==== PBS-Electronic ====
Homepage: http://www.pbs-electronic.de
* Prototyp, Kleinserien, Serie
* BGA, QFN, TQPF, Fine Pitch, SMD bis 0402, THT
* Einzel IC Bestückung möglich
* Spezialist für LED Technik
* Standort: Arnsberg, Hochsauerland, Deutschland

==== riese electronic GmbH ====
Homepage: http://www.riese-electronic.de
* SMD bis 0201, THT
* BGAs inkl Röntgen
* macht auch Großserien
* 5 Tage ab Eingang aller Bauteile, Express möglich
* Standort: Horb am Neckar, Deutschland

==== Gardow Engineering ====
Homepage: http://www.gardow-engineering.de
* SMD ab 0201, THT, THR, Mischbestückung, BGA Bestückung
* ab 1 Stück bis zur Serie
* Frontplattenfertigung
* Materialbeschaffung, Lieferzeiten zwischen 1-6AT, niedrige Einmalkosten
* Onlinekalkulator zur schnellen Kostenermittlung
* http://www.gardow-engineering.de/leiterplattenbestückung/onlinekalkulation.html
* Standort: Nordheim bei Heilbronn, Deutschland

==== M.Richter GmbH&Co.&KG ====
Homepage: http://www.richter-pforzheim.de
* SMD ab0201, THT, THR, Mischbestückung
* ab 1 Stück bis zur mittleren Serie
* Wickeln von Sonderspulen und Kabelkonfektion
* Materialbeschaffung, Schnelldienste möglich
* Standort: Pforzheim, Deutschland

==== SYSTART GmbH ====
Homepage: http://www.systart.de
* Online-Kalkulator für Prototypen- und Kleinserienbestückung: http://www.systart.de/prototypen-kalkulator
* Größere Stückzahlen auf Anfrage
* 4 Tage ab Eingang aller Bauteile
* Günstige Einmalkosten
* SMD- und THT-Bestückung, beidseitig
* Gerätemontage
* Materialbeschaffung (falls gewünscht)
* Ingenieurbüro und Fertigung in einem Haus: bei technischen Rückfragen stehen auch Entwickler zur Verfügung
* Standort: Emmering bei München

==== Traffitec ====
Homepage: http://www.traffitec.de
* Bestückt Prototypen, Kleinserien, Normalserien
* In THT, SMD und gemischt.
* und von allen Seiten
* Einpresstechnik
* Starrflex
* Komponentenbau
* Standort: [http://www.openstreetmap.de/karte.html?zoom=17&lat=51.6904&lon=6.14378&layers=B000TT Goch nähe Moers, Deutschland]

==== VTS Elektronik GmbH ====
Homepage: http://www.vts-elektronik.de
* SMD bis 0402, BGA, THT auch gemischt und beidseitig
* Dampfphasenlöten
* Prototyp, Kleinserien, Serie
* Komplette Materialbeschaffung
* Schnell und flexibel
* Standort: Fürstenau nähe Osnarbrück, Deutschland

==== JL-Elektronik ====
Homepage: http://www.jl-elektronik.de 
mailto:info@jl-elektronik.de
* Prototyp, Kleinserien
* ab 1 Stück
* SMD bis 0402, THT, gemischt und beidseitig
* Gerätemontage
* Standort: Rheinland Pfalz, Deutschland

=== International ===

==== Kaufmann Automotive GmbH ====
Homepage: http://www.kaufmann-automotive.ch
* SMD bis 0201, THT
* BGA, QFN, TQFP, Fine Pitch, SMD bis 0402
* Prototyp, Kleinserien, Serie
* Komplette Materialbeschaffung
* Standort: Eichberg nähe Bregenz, Schweiz

==== Profiants ====
Homepage: http://www.ProfiAnts.com
* SMD bis 0201, THT
* ab 1 Stück
* macht auch Großserien
* Komplette Materialbeschaffung
* 5 Tage ab Eingang aller Bauteile
* Standort: Bulgarien

==== REDER Domotic GmbH ====
Homepage: http://reder.eu
* Prototypen, Kleinserie, Serie
* THT, SMD ab 0201 Baugröße
* Komplette Materialbeschaffung
* Prototypen über Nacht möglich
* riesen Vorteil: der Mann an der Maschine ist selbst Entwickler
* Standort: Berndorf, Österreich

== Siehe auch ==
* [http://www.cadsoft.de/services/board-houses/?language=de Übersicht von Cadsoft, sortiert nach PLZ]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/245590 Forum: Platinensammler - Leiterkarten für 30ct/cm²]
* [http://www.elektroniknet.de/anbieterkompass/produktuebersicht/?tx_wmvs_pi1%5Bid%5D=1130 Übersichtsseite von www.elektroniknet.de]
* [[Elektronikversender]]

[[Kategorie:Platinen]]
[[Kategorie:Lieferanten]]
[[Kategorie:Listen]]

Brushless-Controller für Modellbaumotoren

2015-09-07T01:30:28Z

Elektrojunge: /* Einleitung */

== Einleitung ==

Im Internet gibt es einige grundlegende Informationen zur Funktionsweise und Ansteuerung von Brushless-Motoren (BLDC). Für die Entwicklung eines solchen Reglers findet man aber nur wenig richtig detaillierte Informationen und Erfahrungsberichte. In diesem Artikel sollen genau diese Lücken geschlossen werden. Es soll hier aber kein fertiges Produkt (Schaltplan + Layout + Software) angeboten werden. Viel mehr soll es die Eigenentwicklung unterstützen, Ideen und Erfahrungen anbieten.

An dieser Stelle weise ich noch darauf hin, dass man bei den [[#Weblinks|Weblinks]] noch einige sehr gute Informationen findet! Es gibt dort Hardware und Software, es lohnt sich die Links mal anzuschauen.

==== Um welche Motoren geht es genau? ====

Es geht hier um die sogenannten elektrisch kommutierten bürstenlosen Gleichstrommotoren (BLDC) aus dem Modellbaubereich.

Deren Eigenschaften sind:
* Haben drei Anschlüsse für die drei Phasen, ansonsten sind keine weiteren Anschlüsse vorhanden
* Werden in der Regel mit LiPo oder Nickel Akkus versorgt
* Leistung im Bereich von ca. 100W bis 2kW
* Spannungen im Bereich von ca. 7 bis 50V
* Ströme im Bereich von ca. 5 bis 120A

===== Um welche Motoren geht es hier nicht? =====

* Motoren mit Hallsensoren für die Rückmeldung
* Festplattenmotoren

Unter Umständen kann aber dieser Artikel auch für solche Motoren nützlich sein.

== Funktionsweise dieser Motoren ==

=== Ansteuerung ===

[[Datei:BLDC_Spannungs_Diagramm.png|thumb|right|250px|Ansteuerung der 3 Phasen]]

Grundsätzlich werden die 3 Phasen nacheinander bestromt, die Phasenspannungen wären also drei um 120° phasenverschobene Rechteckspannungen. Ein sinusförmiger Drehstrom ist nicht nötig, es genügen Rechteckspannungen. Mit einer Raumzeigermodulation könnte man die Stromaufnahme und die Geräuschentwicklung zwar noch verringern, macht die Ansteuerung aber einiges aufwändiger. Sogar die käuflichen Regler arbeiten nur mit Rechtecksignalen, zumindest die die ich kenne.

Dabei gibt es für jede Phase die Zustände „Low“, „High“ und „Floating“. Low bedeutet 0V (GND), High entspricht der Versorgungsspannung und Floating ist keines von beidem, die Phase „hängt in der Luft“. Bei „High“ wird aber noch der Mittelwert der Spannung per PWM eingestellt, über das Tastverhältnis wird schlussendlich die Drehzahl verändert! Dazu aber später mehr.

In der Grafik rechts kann man den Spannungsverlauf sehr gut erkennen. Das Diagramm zeigt aber nur den theoretischen Verlauf der Spannungen, wobei die gestrichelten Linien den Zustand "floating" symbolisieren. Dies kann man in einem Diagramm ja nicht wirklich darstellen, das ist einfach symbolisch gemeint. Interessanterweise sehen die Spannungen aufgrund der BEMF aber tatsächlich ziemlich ähnlich aus wie im Diagramm!

=== Die 6 Zustände ===

Wie man erkennen kann, werden 6 Zustände gebraucht, die sich dann immer wiederholen. Die Kommutierung ist also einfach ein Weiterschalten des Zustandes.
''Diese 6 Zustände sind nicht mit den drei Zuständen von oben (High, Low, Floating) zu verwechseln, das ist ein anderes Thema!''

In einer Tabelle dargestellt würde das folgendermassen aussehen:

{| class="wikitable"
! Zustand || Phase A || Phase B || Phase C || Stromfluss || Komparator-Eingänge
|-
| 1 || PWM || Floating || GND || A --> C || MITTEL <--> NULL_B
|-
| 2 || Floating || PWM || GND || B --> C || MITTEL <--> NULL_A
|-
| 3 || GND || PWM || Floating || B --> A || MITTEL <--> NULL_C
|-
| 4 || GND || Floating || PWM || C --> A || MITTEL <--> NULL_B
|-
| 5 || Floating || GND || PWM || C --> B || MITTEL <--> NULL_A
|-
| 6 || PWM || GND || Floating || A --> B || MITTEL <--> NULL_C
|}

Hinweise:
* Die Nummern in der ersten Spalte entsprechen genau den sechs Zuständen, die auch im obigen Diagramm nummeriert sind (Alle 6 Zustände zusammen bilden einen Zyklus, wie es auch im Diagramm dargestellt ist)
* Den Inhalt der letzten Spalte wird später noch erläutert. Die Bezeichnungen beziehen sich auf die [[#BEMF-Schaltung]].

=== Einsatz der BEMF ===
Das schaut bis jetzt eigentlich wie ein Synchronmotor oder Schrittmotor aus, was ein BLDC im Prinzip auch ist.

Wie schon erwähnt wurde, wird ein BLDC elektronisch kommutiert. Das heisst, die Kommutierung wird nicht einfach stur vorgegeben, sondern es wird immer Rücksicht auf die Ankerposition genommen. Dazu muss man allerdings wissen, wann man die Kommutierung genau auslösen soll.

Dieses Verfahren heißt Block-Kommutierung und ist ein Kompromiss aus (Regelungs-)Aufwand und Ergebnis:
Idealerweise werden die Ströme im Stator so eingeprägt, dass der Statorfluss dem Rotorfluss immer um 90° vorauseilt. Nur so wird das ideale Drehmoment erzeugt (siehe Literatur zur permanenterregten Synchronmaschine). Allerdings hat dieses Verfahren, auch Feldorientierte Regelung oder Vektor-Regelung genannt, den Nachteil, dass meistens teure Positionssensorik für den Rotor nowendig ist und auch die nötige Rechenleistung stark ansteigt. Die komplette Regelung muss für jede PWM-Periode gerechnet werden, damit sich der Aufwand lohnt.
BLDC-Motoren werden deshalb meist explizit so konstruiert, dass sich mit Block-Kommutierung ein konstantes Drehmoment einstellen kann. Der ideale Kommutierungszeitpunkt ist eigentlich ein Kommutierungswinkel, der Kommutierungszeitpunkt unter anderem deshalb drehzahlabhängig.

Zur Erreichung einer höheren Maximaldrehzahl kann das Rotorfeld durch das Statorfeld im sogenannten Feldschwäch-Betrieb geschwächt werden. Es ergeben sich Feldschwäch-(Blind)ströme im Bereich der Nennströme. Die Feldschwächung hat Einfluss auf den Kommutierungszeitpunkt.

Grundsätzlich kann auch ein BLDC nicht ohne Kenntnis der Lage des Rotors kommutiert werden. Und hier kommt die sogenannte Back Electromotive Force (BEMF) zum Einsatz. Von den drei Phasen liegt ja zu jedem Zeitpunkt genau eine Phase in der Luft wie man am Diagramm oben erkennen kann. Aufgrund des drehenden Magnetfeldes im Motor wird an dieser Phase nun eine Spannung induziert. Und genau diese induzierte Spannung gibt nun Auskunft darüber, in welchem Winkel sich der Anker befindet, und daraus kann man dann auch den Zeitpunkt der nächsten Kommutierung bestimmen.

Zusätzlich wird aber auch noch die Sternmittelpunktspannung der drei Phasen benötigt, welche aber leider nicht direkt zur Verfügung steht. Das ist aber kein Problem, mit drei Widerständen kann man sich die selber erzeugen (siehe [[#BEMF-Schaltung]]).

Jetzt sollten die BEMF-Spannungen die Sternmittelpunktspannung ständig kreuzen, was man dann mit einem Komparator erfassen kann. Und den Interrupt, den der Komparator auslöst, ist nun verantwortlich für die nächste Kommutierung.
Der Komparator wird natürlich nacheinander mit den drei Phasen gefüttert, es darf immer nur die Phase an den Komparator angeschlossen sein, die auch in der Luft hängt! In der Tabelle [[#Die 6 Zustände]] sieht man, welche zwei Spannungen der Komparator jeweils vergleichen muss.

Als Komparator kann man übrigens den integrierten nehmen, den es in den AVRs gibt. Diese (alle?) haben auch den benötigten Multiplexer, um zwischen den drei Analogquellen wählen zu können. Näheres dazu im Abschnitt [[#Software]].

== Hardware ==

=== Leistungsteil ===

==== Treiber ====

Um die drei notwendigen Zustände (''Low'', ''High'' und ''Floating'') für jede der drei Phasen realisieren zu können, werden drei Halbbrücken mit Mosfets benötigt. Hier gibt es dann auch schon mehrere Varianten, wie man das aufbauen kann. Grundsätzlich muss man sich mal überlegen ob fertige FET-Treiber oder diskrete Treiber verwendet werden sollen. Die FET-Treiber haben einige sehr schöne Vorteile, deshalb sollte man diese meiner Meinung nach bevorzugen.

Die Vorteile wären:

* Integrierter Kurzschlussschutz mit dead time, ein Softwarefehler kann die FETs nicht zerstören. Das kann in der Entwicklungsphase sehr von Vorteil sein :-)
* Die FETs können mit ordentlicher Geschwindigkeit geschaltet werden, und die Mikrocontroller-Ports werden trotzdem nicht stark belastet. So kann die Wärmeentwicklung der FETs noch etwas reduziert werden.
* Bei Treibern die mit nur einem Eingang zwischen Lowside und Highside Mosfets toggeln (z.B. IR2104), ist der sogenannte „aktiver Freilauf“ bereits in Hardware realisiert und ermöglicht so mit wenig Aufwand eine extrem niedrige Erwärmung der Mosfets. Das ermöglicht schon sehr grosse Ströme auch ohne Kühlkörper!
* Es können günstigere Mosfets verwendet werden, es müssen keine TTL-Kompatible FETs sein. Auch ist eine niedrige Gatekapazität nicht so von Bedeutung wie bei direkter Ansteuerung mit einem Mikrocontroller.
* Je nach dem welchen Treiber man verwendet, kann der Softwareaufwand und die Fehleranfälligkeit deutlich reduziert werden.

Nachteile von Treiber sind:

* Mehr Bauteile auf der Platine.
* Vermutlich insgesamt etwas teurer, auch wenn die FETs günstiger sind.
* Bei vielen Treibern ist eine Minimalspannung von ca. 10V notwendig, damit sie funktionieren. Bei einem fast leeren 3S LiPo Akku könnte das vielleicht schon kritisch werden. Auch darf z.B. beim IR2104 eine Spannung von 20V nicht überschritten werden. Daher kommt (ohne StepUp und StepDown Wandler) eigentlich fast nur noch ein 4S Akku in Frage. Möchte man einen grösseren Eingangsspannungsbereich haben muss man noch entsprechende Spannungsregler einbauen.

Ich persönlich habe es schon mit einem IR2104S probiert, dieser erscheint mir sehr geeignet für diese Aufgabe. Ich betreibe ihn mit einem 4S LiPo, damit läuft das Teil perfekt. Kann ich nur weiterempfehlen!

==== Beispielschaltung ====
[[Datei:BLDC_Leistungsteil_1.png|thumb|right|300px|Beispiel einer Halbbrücke inklusive Strommessung]]
Hier ein Beispiel, wie der Leistungsteil einer Phase aussehen könnte.

Für die exakte Beschaltung der Treiber muss man natürlich dessen Datenblatt studieren!

Hier sieht man auch gleich noch die Strommessung, die man natürlich nicht für jede Phase einzeln aufbauen muss. Man kann sie sogar ganz weglassen, sie könnte aber nützlich sein um eine Überlast des Motors erkennen zu können.

Der Widerstand R20 ist dazu da, dass auf dem Treiber das PWM-Signal liegt, sobald die Leitung „IN_A“ in der Luft hängt (uC Pin als Eingang definiert). So wird nur ein einziger PWM-Ausgang vom Mikrocontroller benötigt für alle drei Phasen, erfordert also kein Soft-PWM oder sonst irgend ein Murks. Diese Schaltung habe ich übrigens beim Mikrokopter-Projekt abgeschaut.

Übrigens muss an die Versorgung unbedingt noch ein grosser Elko gehängt werden, am besten möglichst nahe an die Mosfets (keine langen Leitungen zwischen Elko und Mosfets). Die erforderliche Kapazität hängt davon ab, wieviel Strom der Motor braucht. Bei kleinen bis mittleren Motoren sollten so 220uF bis 680uF ausreichend sein.

=== BEMF-Schaltung ===

[[Datei:BLDC_BEMF_schaltung.png|thumb|right|300px|BEMF-Schaltung]]

Ein wichtiger Teil ist aber auch die BEMF-Schaltung. Dabei wird häufig die Schaltung vom Mikrokopter eingesetzt (siehe Schaltung rechts).

Die Schaltung besteht erstmal aus drei Spannungsteilern, die die Phasenspannungen auf ein Spannungsniveau heruntersetzen, das man auf die Mikrokontrollereingänge legen darf. Keramikkondensatoren glätten diese Spannungen, weil die aufgrund der PWM sonst sehr stark ausschlagen. Dann gehen diese drei Spannungen (''NULL_A'', ''NULL_B'' und ''NULL_C'') auf drei ADC-Eingänge des Mikrocontrollers.

Und dann sind da noch die drei Widerstände, die aus den Spannungen ''NULL_A'', ''NULL_B'' und ''NULL_C'' einen virtuellen Sternmittelpunkt bilden. Diese Mittelpunktspannung (''MITTEL'') kommt dann auf den Komparatoreingang ''AIN0'' vom AVR. Diese Spannung soll der Komparator später dann mit jeweils einer der Spannungen ''NULL_A'', ''NULL_B'' und ''NULL_C'' vergleichen um den Kommutierungszeitpunkt bestimmen zu können.

Man kann die Widerstands-/ und Kapazitätswerte auch noch anpassen. Bei höheren Eingangsspannungen muss man darauf achten, dass die Eingänge vom AVR keine zu hohe Spannung abkriegen! Ein Regler, den ich gekauft habe, hat einiges höhere Widerstandswerte und kommt sogar ohne Kondensatoren aus. Hier hat man also durchaus noch Spielraum um ein bisschen zu tüfteln, für den Anfang ist die abgebildete Schaltung aber bestens geeignet.

=== Mikrocontroller ===

Als Mikrocontroller sind viele Typen aus der AVR-Serie geeignet. Bei der BrushlessCtrl wird zum Beispiel ein ATMega168 eingesetzt. Mit diesem habe ich auch mal angefangen, der scheint wirklich gut geeignet zu sein. Es reicht aber auch ein ATMega88 wenn man nicht alle möglichen Protokolle und Ansteuerungsarten (I2C, SPI, PPM) gleichzeitig einbauen will.

Viele Regler verwenden auch einen AT90PWM, vorallem wenn mehrere PWM-Kanäle gebraucht werden.

Übrigens wird bei käuflichen Reglern extrem häufig ein ATMega8 eingesetzt! Wenn man nur Software entwickeln möchte kann man auch einen solchen Regler kaufen und das eigene Programm aufspielen. Bei den [[#Weblinks]] findet man dazu auch noch Informationen.

Um eine Raumzeigermodulation zu implementieren wird dann aber vermutlich schon ein 32-Bit Mikrocontroller nötig sein. Aber wie schon erwähnt ist für ein Modellbaumotor eine Raumzeigermodulation keinesfalls ein must-have.

== Software ==

Bei der Software kommt es jetzt natürlich sehr stark darauf an, wie die Hardware aufgebaut ist. Ich möchte hier aber nicht auf jede Variante eingehen, das gäbe viel zu viel Arbeit. Auch will ich ja keinen fertigen Code bereitstellen, sondern nur Hinweise und Tipps geben. Wer nicht selber programmieren will, der kann ja mal die Mikrokopter-Firmware herunterladen, die älteren Versionen davon gibt es auf der Mikrokopter-Seite zum downloaden.

Wichtig sind auf jeden Fall [[#Die 6 Zustände]]. Der Mikrocontroller muss die Phasen jeweils nacheinander so wie in der Tabelle ansteuern. Das ist soweit ja kein Problem, schwierig ist aber immer der richtige Zeitpunkt für die Kommutierung zu finden.

Falls man einen IR2104 oder einen ähnlichen Treiber verwendet, würde die Software ungefähr so aussehen:

* Beim Programmstart wird schonmal der PWM-Ausgang mit einem Timer aktiviert. Die Frequenz liegt normalerweise so im Bereich 12 bis 25kHz. Ich selber verwende 20kHz, da hört man dann auch dieses Pfeifen nicht mehr.
* Der Interrupt vom Analogkomparator muss aktiviert werden, um die Kommutierungszeitpunkte bestimmen zu können.
* Dann habe ich eine Funktion, welche den Zustand (1 bis 6) eins weiterschaltet und die Ausgänge entsprechend setzt. Dabei werden die Pins, die das PWM-Signal enthalten sollen, einfach als Eingang definiert, wie ich schonmal erwähnte.
* Wichtig ist ausserdem, dass bei jeder Kommutierung auch noch der richtige ADC-Kanal auf den Komparator geleitet wird per Multiplexer. Dieser Kanal wird bei jeder Kommutierung eins weitergeschaltet.
* Danach muss nur noch gewartet werden bis der Analogkomparator einen Interrupt auslöst. Sobald dies geschieht, wird die nächste Kommutierung per Timer (30° Verzögerung) ausgelöst, und das Spiel beginnt wieder von vorne.

Je nach Komplexität des BLDC Controllers und des damit verbundenen Programmieraufwands ist es aber auch möglich (wie von sehr vielen Nutzern implementiert) die Kommutierung direkt nach dem Analog-Komparator Interrupt auszulösen - d.h. mit 0° Verzögerung. In diesem Fall spricht man von Phasenvoreilender (phaseadvance) Ansteuerung. Der Motor kann dadurch eine höhere Maximaldrehzahl erreichen, jedoch mit geringerem Drehmoment - die Stromaufnahme ist höher und der Wirkungsgrad geringer (siehe [http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/01083a.pdf AN1083, Seite 18]). Der Effekt ist ähnlich dem Feldschwächebetrieb einer Asynchronmaschine.

Die Drehzahl des Motors lässt sich jetzt ganz bequem ändern, indem man den Duty-Cycle des PWM-Signales verändert. Der Motor beschleunigt bzw. bremst dann von alleine. Übrigens ist es empfehlenswert, den Sollwert etwas zu "dämpfen", damit keine schlagartigen Änderungen des Duty-Cycles erfolgen können. Vor allem schlagartige Abbremsmanöver können starke Überspannungsspitzen hervorrufen, die den Regler zerstören können!

=== Anlauf ===

So, das war jetzt die Beschreibung für einen Motor, der bereits läuft. '''Bis''' der Motor allerdings mal dreht, muss man anders vorgehen, weil der stillstehende Motor ja keine Komparator-Interrupts auslöst, da keine BEMF vorhanden ist.

Daher muss man den Motor zuerst mit einem starren Drehfeld auf eine gewisse Drehzahl beschleunigen, wie bei einem Schrittmotor. Sobald eine genügend hohe Drehzahl erreicht wurde, kann man in den geregelten Betrieb schalten. Am besten schaltet man dazu einfach alle Phasen ab und aktiviert den Komparator. Sobald der erste Interrupt vom Komparator ausgelöst wird, werden die Phasen wieder eingeschaltet.

Der ganze Startvorgang ist aber schon eine Wissenschaft für sich. Es braucht (nach meiner Erfahrung) viel Zeit und Nerven, bis alles richtig funktioniert. Man kann aber am Anfang den Motor auch von Hand anwerfen, das geht viel einfacher als mit einer Zwangskommutierung. Ein Oszilloskop ist eigentlich auch absolut notwendig, um analysieren zu können was der Regler und die BEMF genau macht.

Ganz wichtig aber an dieser Stelle: '''Wenn der Motor mit einem starren Drehfeld angesteuert wird, sieht die BEMF alles andere als schön aus!''' Das liegt daran, dass der Motor bei jeder Kommutierung beschleunigt, und danach wieder abgebremst wird, der Motor läuft einfach nicht „rund“. Wenn ihr also irgendwas komisches auf dem Oszilloskop seht, ist das kein Fehler in eurer Schaltung, das ist normal bei Zwangskommutierung!

Wenn Ihr die BEMF auf dem Oszilloskop anschauen wollt, könnt Ihr entweder den Motor einfach von Hand drehen, oder ihr dreht den Motor mit Zwangskommutierung hoch, und schaltet dann alle Phasen ab (nicht auf GND, sondern in der Luft hängend). Direkt nach dem Abschalten der Phasen sollte die BEMF einen relativ schönen Drehstrom zeigen (muss ich selbst noch kontrollieren ob das wirklich der Fall ist :-) )
Anmerkung JB: Gerade an einem Festplattenmotor getestet, bei Drehung von der Hand lassen bis zu 600mVss sinusförmig auf dem Oszilloskop blicken, Frequenz bis zu 20 Hz, muss sich umeinen mehrpoligen Motor Handeln, so schnell hab ich nicht gedreht ;)

Bis jetzt habe ich es mit dieser Variante aber noch nicht so richtig geschafft, einen brauchbaren Anlaufvorgang hinzukriegen. Ich glaube auch, dass gekaufte Regler das nicht so machen. Diese scheinen nur einen kräftigen Strom auf eine Phase zu geben, und werten dann die entstandene BEMF aus, aus der dann berechnet werden kann, welche Phase als nächstes bestromt werden muss. So richtig habe ich das aber noch nicht angeschaut, '''vielleicht weiss hier jemand besser Bescheid und könnte es hier beschreiben?'''

Das Prinzip eines Anlaufvorgangs eines sensorlosen BLDC ist folgendes:
- Man präge ein Feld ein, bei dem angenommen werden muss, dass der Motor diesem ab Stillstand auch folgt.
- Sobald diese Annahme durch Auftreten eines durch BEMF erzeugten Ereignisses bestätigt wird, kann in den geregelten Betrieb umgeschaltet werden.

Es ist mitunter Hilfreich zum Starten eine Delay-Tabelle zu verwenden, damit braucht man sich nicht durch eine feste Frequenz-Vorgabe selbst zu bremsen. Dauert evtl. etwas beim Einstellen,
soll aber laut Atmel-Application-Note für BLCD-Motoren funktionieren. Den Rotor vorher noch durch Bestromen einer Phase und danach warten in eine definierte Anfangsposition drehen.

=== Komparator ===

Wenn man sich für die Kommutierungs-Erkennung per Analogkomparator entscheidet, muss man noch ein sehr nützliches Feature von den AVRs kennen. Da man ja abwechslungsweise drei verschiedene Signale (BEMF_A...C) mit der Mittelpunktspannung vergleichen muss, aber nur ein einziger Analogkomparator vorhanden ist, muss man den sogenannten Analog-Multiplexer benutzen. Mit diesem in den AVRs integrierten Multiplexer kann man nun die Spannung am Pin "AIN0" mit einem beliebigen Analogeingang (ADC0...ADC7) vergleichen. Natürlich kann man nicht mehrere Kanäle gleichzeitig anwählen, da es nur einen einzigen Komparator gibt. Das ist für unsere Anwendung allerdings kein Problem, wir müssen immer nur eines der BEMF-Signale mit der Mittelpunktspannung vergleichen.

Näheres dazu und wie man den Multiplexer benutzt erfährt man im Datenblatt des verwendeten Mikrocontrollers. Der entsprechende Abschnitt heisst "Analog Comparator Multiplexed Input" (unter "Analog Comparator").

=== Schnittstellen ===

Man kann nun den Sollwert der Drehzahl wahlweise über einen PPM-Eingang, über [[UART]], [[SPI]], [[I2C]] oder mit einem Potentiometer vorgeben. Welche Ansteuerung man wählt hängt davon ab, wie und wo der Motor eingesetzt werden soll und ist deshalb jedem selber überlassen.

== Bildmaterial ==
=== Oszillogramme ===

[[Datei: BLDC_Oszillogramm_Phasen_PWM.png|300px]]

Die drei Phasen während dem geregelten Betrieb, die BEMF ist sehr schön zu erkennen (immer zwischen den Zuständen "PWM" und "LOW").

[[Datei: BLDC_Oszillogramm_Phasen_Vollgas.png|300px]]

So sehen die drei Phasen bei Vollgas aus (100% PWM). Die BEMF ist jetzt sogar so steil, dass sie die beiden Zustände ''Low'' und ''High'' mit einer fast perfekten Geraden verbindet!

[[Datei: BLDC_Oszillogramm_BEMF_richtig.png|300px]]

* Gelb: Phase A, BEMF sehr schön erkennbar
* Blau: Mittelpunktspannung
* Rot: BEMF von Phase A (nach der BEMF-Schaltung!)
* Grün: Komparator-Interrupts (steigende Flanke) Jeder dritte Interrupt gehört zur Phase A, die anderen Interrupts stammen von den anderen Phasen, die nicht auf dem Bild zu sehen sind.

[[Datei: BLDC_Oszillogramm_BEMF_falsch.png|300px]]

So kann z.B. die BEMF während der Zwangskommutierung aussehen. Dadurch werden auch zu viele Komparator-Interrupts (Grün, jede Flanke) ausgelöst. Kein schöner Anblick...

[[Datei: BLDC_Oszillogramm_Anlauf_1.png|300px]]

So sieht der Anlaufvorgang bei einem gekauften Regler aus. eine extrem kurze Geschichte im Vergleich mit meinen paar Umdrehungen mit Zwangskommutierung. Wer kennt das Geheimnis?
Sieht so aus als würde für eine kurze Zeit Strom eingeprägt um den Motor in eine definierte, stehende Position zu bringen. Danach wird weiter kummutiert, der Motor dreht an und es wird sofort ueber die BEMF kommutiert.

=== Layouts ===

Als Anregung, wie so ein Regler aussehen könnte (nur 40x26mm klein, inklusive Optokoppler, drei Treibern und drei schönen Steckern!):

[[Datei: BLDC_Eagle3d_top_1.jpg|300px]]

[[Datei: BLDC_Eagle3d_bot_1.jpg|300px]]

Der HCPL-0600 auf der Unterseite ist übrigens ein Optokoppler um das PPM-Eingangssignal galvanisch zu entkoppeln. Ist nicht zwingend nötig, war aber grad Platz da... :-)

== Siehe Auch ==
* [[Sensorlose_BLDC_Ansteuerung]]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/248509 Diskussion zum Artikel]
* [[BLDC Demo Board]]
* [[Treiber]]
* [[Mosfet-Übersicht]]
* [[Leiterbahnbreite]] Unbedingt beachten bei grösseren Strömen!
* [[Kühlkörper]] Bei sehr hohen Strömen evtl. nötig
* Drehzahlerfassung [http://www.mikrocontroller.net/topic/253539]

== Weblinks ==
* [http://www.atmel.com/Images/doc8012.pdf AppNote AVR444 von Atmel]
* [http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00885a.pdf BLDC Theorie(AN885 Microchip)]
* [http://www.mikrokopter.de/ucwiki/BrushlessCtrl BrushlessCtrl vom Mikrokopter]
* [http://svn.mikrokopter.de/listing.php?repname=BL-Ctrl& Software vom Mikrokopter Brushless-Regler]
* [http://home.versanet.de/~b-konze/ Die Seite von B. Konze, einer der Pioniere in diesem Bereich]
* [http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=1513678 Ein Thema auf rcgroups.com (Englisch) wo einige käuflichen Regler näher angeschaut wurden und eine eigene Firmware angeboten wird]
* [http://rmmx.gmxhome.de/bldchv/start.html Ein Regler-Projekt für etwas grössere Motoren]
* [http://www.fc00.de/quadrokopter_6_kw.htm Regler für sehr grosse Motoren]
* [http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/01083a.pdf Appnote AN1083 von Microchip, sehr detailliert]
[[Kategorie:Motoren]]

Leistungselektronik

2015-01-03T22:55:23Z

Elektrojunge: /* Kühlung der Leistungshalbleiter */ Formatierung

Dieser Artikel ist der Einstiegspunkt zu einer Reihe von weiteren Beiträgen, die alle das Thema "Leistungselektronische Systeme" als Hintergrund besitzen. Weiterführende Details und Ergänzungen findet man in den verlinkten Artikeln wie [[IGBT]], [[FET]], [[TRIAC]], [[Kühlkörper]], [[Treiber]], [[Zwischenkreiskapazität]], [[Mosfet-Übersicht]].

In diesem Artikel geht es hauptsächlich darum einen Überblick über das "System" zu schaffen und diverse Grundlagen und Begriffe zu definieren.

== Was versteht man unter "Leistungselektronik"? ==
Unter dem Begriff "Leistungselektronik" versteht man alles, was mit Steuerung, Umformung oder dem Schalten von elektrischer Energie mit elektronischen Bauelementen zu tun hat. Dies beginnt bereits bei wenigen 100mA und wenigen Volt, reicht aber bis zu mehreren 100kV und mehreren 1000A. Bei kleineren Spannungen und Strömen besteht die Herausforderung nicht in den absoluten Werten selbst, sondern in der Umformung mit einem besonders hohen Wirkungsgrad und mit möglichst geringen EMV-Abstrahlungen.

Leistungselektronik bzw. leistungselektronische Systeme bestehen immer aus einem Steuerungs- bzw. Regelteil, und dem Leistungsteil selbst. Dieses Leistungsteil - oft auch als "Leistungselektronik" bezeichnet - besteht selbst wieder aus mehreren Komponenten, die aber '''immer''' aufeinander abgestimmt sein müssen.

== Sicherheitsvorkehrungen ==
Jeder der in diesem Bereich arbeitet muss sich über die Gefahren, die von hohen Spannungen (ab 50V_ac und ca. 60V_dc {offiziell 120V_dc}), hohen Strömen oder hohen Energien (z.B. aus einem Kondensator) ausgehen, informieren und entsprechende Sicherheitsvorkehrungen treffen.
Ab ca 12V zündet ein Lichtbogen und verlischt anschließend.
Ab ca. 20V bleibt ein Lichtbogen nach der Zündung stehen, bis die Spannung unter die Lichtbogenbrennspannung - die abhängig von der Lichtbogenlänge ist - fällt.
Auch bei einer einmaligen Entladung (z.B. aus einem Kondensator) kann so viel Energie in dem Brennmoment enthalten sein, daß flüssiges Metall durch die Gegend geschleudert wird.
Die Verwendung eines Trenntrafos und einer Schutzbrille - letzteres speziell für Messungen mit dem Oszi direkt am Testobjekt - sollte auch schon bei geringen Leistungen zur Standardausrüstung gehören, bei größeren Leistung auch ein Gehörschutz.

== Bestandteile eines leistungselektronischen Systems ==
Zum Leistungsteil gehören immer:
# Leistungshalbleiter ([[FET]], [[Mosfet-Übersicht]], [[IGBT]], [[TRIAC]])
# Kühlung für den Leistungshalbleiter über [[Kühlkörper]]
# [[Zwischenkreiskapazität]]
# Niederinduktiver Aufbau zwischen Zwischenkreiskondensator und Leistungshalbleiter
# Ansteuerschaltung = [[Treiber]]
# Spannungsversorgung für den Treiber

Optional können noch eine separaten HS-Energieversorgung, ein Strom- bzw. Spannungssensor, sowie ggf. eine Potentialtrennung der Ansteuersignale von der Regeleineheit zum Treiber mit dazugehören.

'''Warum sind diese Komponenten immer Bestandteil einer leistungselektronischen Anwendung, und auf was ist zu achten?'''

=== Leistungshalbleiter ===
Der Leistungshalbleiter selbst ist der eigentliche Schalter. Hier gibt es verschiedene Typen/Arten von Halbleitern, die wichtigsten werden in den entsprechenden Kapiteln ([[FET]], [[Mosfet-Übersicht]], [[IGBT]], [[TRIAC]]) genau erläutert.
Als kleine Zusammenfassung kann gesagt werden, daß sich ''nicht abschaltbare'' Bauteile wie TRIACs normalerweise ausschließlich für das Schalten von Wechselstrom (AC) eignen, und ''abschaltbare'' Bauteile wie [[FET]] und [[IGBT]] ihre Stärken bei Gleichstrom (DC) ausspielen. FETs werden meist für Spannungen bis zu ca. 200V, und schnelles und häufiges Schalten >30..50kHz eingesetzt. IGBTs hingegen sind für Schaltfrequenzen bis zu typisch 10..12kHz, (selten bis zu 30kHz) und für Spannungen größer ca. 150V optimal eingesetzt. (FETs und IGBTs können auch schneller schalten, jedoch sinkt dann der Wirkungsgrad.)Vom FET existieren im Bereich Leistungselektronik zwei Haupttypen, der N-Kanal- und der P-Kanal FET. Details im entsprechenden Kapitel nur soviel Vorweg: Bei Anwendungen über ca. 30-40V oder mit hohen Strömen ist es sowohl bezüglich Kosten, als auch bezüglich Verluste und Auswahlmöglichkeiten sinnvoll zu prüfen, ob ein N-Kanal Typ mit seiner etwas aufwändigeren Ansteuerung bzw. Energieversorgung nicht doch Sinn macht. In industriellen Anwendungen wird der P-Kanal Typ nur relativ selten verwendet.
-

=== Kühlung für den Leistungshalbleiter ===
Leider läßt sich Energie nicht zu 100% verlustfrei konvertieren. Diese Verluste werden hauptsächlich in Form von Wärme abgestrahlt. Damit der (teure) Leistungshalbleiter die gewünschte Lebensdauer erreicht bzw. nicht überhitzt und damit zerstört wird, muß die Verlustenergie in irgend einer Art und Weise über einen [[Kühlkörper]] abgeführt werden.

Nur zum Vergleich: Eine 17cm durchmessende Herdplatte mit einer Leistung von 1000W hat eine Leistungsdichte von ca. 4,5W/cm². In unseren PCs - zur Kühlung der CPU - sind 50..70W/cm² übliche Werte. Die meisten Applikationen mit Leistungshalbleitern übersteigen die Leistungsdichte unserer Herdplatten bei weitem.

Diese Kühlung von nennenswerten Leistungen erfolgt fast ausschließlich durch Wärmeleitung und immer auch in Form von Wärmestrahlung. Bei sehr kleinen Verlustleistungen und hohen Temperaturdifferenzen vom Halbleiter zur Umgebungsluft ist die Ableitung durch Abstrahlung in die Luft (natürliche Konvektion) und Ableitung durch Wärmeleitung in die Platine ohne einen zusätzlichen Kühlkörper oft ausreichend. In Datenblättern findet man 50..75 K/W (ja = junction to ambient) vom Halbleiter zur Umgebungsluft, was bedeutet, daß man ca. 1W ohne Kühlkörper abführen könnte, da sich der Kühlkörper pro Watt um die genantnen 50..75K erwärmt. Für höhere Leistungen muß der Halbleiter auf einen Luftkühler z.B. [[Kühlkörper]] bzw. bei höchsten Leistungsdichten auf einem Wasserkühler montiert werden. Dies wird genauer im Kapitel "Kühlung von Leistungshalbleitern" beschrieben.

=== Zwischenkreiskapazität ===
Die [[Zwischenkreiskapazität]] ist der Energiepuffer der Anwendung, und muß mindestens ein Umschalten der Leistungsendstufe puffern können.
Da jede Leitung/Verbindung eine Induktivität darstellt, ist in 99,9% aller Fälle die Energiequelle technisch gesehen "weit" von der Last entfernt, heißt: die Quelle ist nicht direkt, sondern über je eine Induktivität in Hin- und Rückleitung, mit dem Schalter verbunden. Diese Induktivitäten führen zu einem Spannungseinbruch beim schalten, und genau '''dieser''' Spannungseinbruch muß durch den Zwischenkreis minimiert werden.
Die Zwischenkreiskapazität - die stets in ''geringst möglichen Abstand'' zum Leistungsschalter positioniert werden muss - dient also der Kompensation der Leitungsinduktivitäten. Die Anbindung mit geringst möglicher Induktivität ist entscheidend über die Funktion der Leistungselektronik. Je besser diese Anbindung, desto näher kann man mit der Spannungsfestigkeit des Leistungsschalters an die maximale Spannung der Energiequelle heran. Anders gesagt: Die Spannungsreserve ist umgekehrt proportional zum technischen Niveau des Entwicklers ;-).

=== Niederinduktiver Aufbau zwischen Zwischenkreiskondensator und Leistungshalbleiter ===
Da eine zu hohe Leitungsinduktivitäten zwischen Leistungshalbleiter und Zwischenkreiskondensatoren beim Schaltbetrieb zu hohen Spannungsspitzen führt - die gegebenenfalls den Leistungshalbleiter zerstört - muss der Abstand und damit die ''Induktivität'' zwischen Zwischenkreiskondensator und Halbleiter so kurz wie möglich gehalten werden. Natürlich ist dies nicht immer optimal möglich, daher sind Möglichkeiten wie verdrillen von + und GND sowie das Parallelschalten von mehreren, gegeneinander isolierten Litzen mit geringerem Durchmesser oft sinnvoll. An dieser Stelle ist ein technisch optimales Design die erste Priorität, und erst dann Bauraum oder Kosten. Aus diesem Grund ist diese so simpel kingende Verbindung zwischen Zwischenkreis und Leistungsschalter hier als separates Bauteil aufgeführt

=== Ansteuerschaltung = Treiber ===
Um den Leistungshalbeiter kontrollieren zu können ist eine Ansteuerschaltung, der [[Treiber]], erforderlich. Der Treiber hat die Aufgabe das Ansteuersignal mit Logikpegel zum Schalten des Leistungshalbleiters umzusetzen. Hierbei sind verschiedene Anforderungen einzuhalten. Das Ansteuersignal besitzt einen fast beliebigen Logikpegel und könnte eine beliebige Flankensteilheit aufweisen. Gängige Treiber-ICs verfügen also über einen weiten Eingansspannungsbereich - z.B. 3-15V - und einer Schmidt-Trigger Funktionalität um das Signal aufzubereiten. Des Weiteren darf ein GND-Versatz von einigen, wenigen Volt zwischen Ansteuer-Controller und Leistungs-Ground - der von hohen Strömen hervorgerufen wird - nicht zu plötzlichen und ungeplanten Umschaltungen - oder zur Verhinderung von Umschaltungen - führen. Dieser Ground-Versatz ist übrigens eine der häufigsten "Herausforderungen" im Schaltungsdesign von Leistungeelektronik. Die wichtigste Aufgabe des Treibers ist jedoch das Ein- und Ausschalten des Leistungshalbleiters innerhalb einer definierten Zeit. Dazu muss der Treiber den zum Schalten erforderlichen Strom liefern können, und dies auch noch auf dem Potential, das der Leistungshalbleiter benötigt.
Damit der [[Treiber]] diese Aufgabe erfüllen kann, benötigt er die zum Schalten erforderliche Energiemenge. Diese Energie wird normalerweise aus einer anderen Quelle als der Leistungsstromversorgung bezogen und sinnvollerweise in einem Keramikkondensator gespeichert. Ist nur eine Quelle vorhanden ist auf eine gute Entkopplung der Treiberspannungsversorgung von der Leistungsquelle zu sorgen, z.B. durch einen Vorwiderstand von wenige Ohm und einem schnellen Kondensator, gegebenenfalls auch gestaffelt.
{{Absatz}}

== Schaltungstopologien ==
In diesem Kapitel werden die am häufigsten verwendeten Schaltungstopologien in der Leistungselektronik dargestellt, und kurz besprochen:

[[Bild:Beispiel_Schaltungstopologien.png|miniatur|left|900px|Darstellung der wichtigsten Schaltungstopologien]]

;Low-Side–Schalter: Der Halbleiter schaltet eine Last gegen GND – auch als ''LS-Schalter'' bezeichnet. Die Last ist fest mit der Versorgungsspannung verbunden. Der Treiber kann hier zwar direkt an GND geschaltet werden, jedoch ist bis zum Verbindungspunkt auf eine strikte Trennung zwischen Leistungs-GND und Signal-GND, genauso wie an möglichst direkte Anbindung an den Bezugspunkt (direkt an Source bzw. Emitter) zu achten.

;High-Side–Schalter: Der Halbleiter schaltet eine Last an die Versorgungsspannung – auch als ''HS-Schalter'' bezeichnet. Die Last ist fest mit GND verbunden. Hier wird der Treiber nicht mit GND verbunden, jedoch trotzdem möglichst direkt mit der Source/Emitter des Bauteiles. Die Energieversorgung für den HS-Treiber erfolgt entweder über Bootstrap, oder über einen isolierten DCDC Wandler. Diese Art eines Schalters findet sehr häufig Anwendung z.B. im Kfz, da dort GND praktisch überall vorhanden ist, und keinen separaten Rückleiter erfordert.

;Halbbrücke: Eine Kombination aus LS-Schalter und HS-Schalter, die an der Verbindungsstelle zwischen LS- und HS-Schalter einen gemeinsamen Anschluß, den "Mittelpunkt" aufweist. Dadurch ist es möglich die Last entweder mit der Energiequelle, oder mit der Leistungs-GND zu verbinden. Besonders wichtig ist hier, daß zwischen dem Ausschalten des einen Schalters und dem Einschalten des anderen Schaltes eine minimale Zeit vergehen muß. Diese Zeit muss absolut sicherstellen, daß zu keinem Zeitpunkt BEIDE Schalter gleichzeitig leitend sind. Moderne Halbbrücken-Treiber ICs haben diese sogenannte "shoot-through protection" bereits eingebaut. Ansonsten läßt sich die Funktion auch extern nachrüsten, sogar eine RCD-Kombination ist hier möglich. Hierbei wird das Ansteuersignal zum IC beim Einschalten über RC verlangsamt, der Widerstand jedoch beim Ausschalten mit einer Diode überbrückt, und daher praktisch ohne Verzögerung abgeschaltet.

;H-Brücke: Zwei Halbbrücken mit gleicher Energiequelle. Die Last ist hier zwischen den beiden Mittelpunkten der Halbbrücken geschaltet, und kann dadurch sowohl in der eine, als auch in der andere Richtung durchflossen werden. Diese Anordnung wird oft verwendet um DC-Motoren zu steuern, und die Richtung zu wählen. Bezüglich der Treiber ist zu beachten, daß die beiden HS-Treiber jeweils eine getrennte Stromversorgung erfordern, was durch Bootstrap automatisch gegeben wäre. Das Bezugspotential der LS-Schalter ist zwar - wenn beim Design berücksichtigt - halbwegs gleich, der Sourceanschluß des linken HS-FETs liegt jedoch im Wechsel mit dem Sourceanschluß des rechten HS-FETs abwechslend auf GND und der Ausgangsspannung der Energiequelle. Des Weiteren gelten die o.g. genannten Randbedingungen zur Anordnung der Halbbrücke.

;Vollbrücke: Drei Halbbrücken mit gemeinsamer Leistungsquelle die eine dreiphasige Last - meist einen Motor - ansteuern. Des Weiteren gelten die o.g. genannten Randbedingungen zur Anordnung der Halbbrücke oder der H-Brücke.

Eines haben diese Schaltungsanordnungen gemeinsam: Durch PWM kann die fliesende Leistung (fast) stufenlos zwischen 0% und 100% geregelt werden. Bei einer 8-Bit PWM z.B. in 256 Stufen.
{{Absatz}}

== GND ist nicht gleich GND ==
So mancher kennt vermutlich das Problem einer Mikrocontrollerschaltung mit einem AD-Wandler. Wenn das Ergebnis der AD-Wandlung noch halbwegs der Realität entsprechen soll, dann müssen einige Vorsichtsmaßnahmen ergriffen werden. Neben der Abschirmungsproblematik ist es auch sinnvoll auf eine sorgfältige Trennung von Analog-GND zu Digital-GND zu achten. (Jaa Hubert L., aber hier reicht es noch ;-) )
Natürlich gibt es vielfältige Maßnahmen dies sicherzustellen, das zu diskutieren bzw. die "Beste Lösung" zu finden ist jedoch nicht Ziel dieses Artikels.

Ein sehr ähnliches Problem gibt es hier im Leistungsteil mit der Signal-GND (Signal vom und zum Treiber) und der Leistungs-GND (Hauptstrompfad).
Diese zwei GNDs (Signal-GND vom Treiber und Leistungs-GND vom Halbleiter) dürfen nur an einem Punkt miteinander verbunden werden, und zwar direkt am Anschlußpunkt von Source bzw. Emitter des Leistungsbauteiles selbst. In den Stromlaufplänen des Artikels "Treiber" wird auffallen, daß der GND Anschluß des Treibers nicht irgendwo an Leistungs-GND angebunden ist, sondern möglichst direkt am Halbleiter.

Der Grund ist sehr einfach erklärt: '''GND-Versatz.'''

Hier geht es jetzt nicht um den ohmschen d.h. statisch, dem Strom folgenden, Spannungsabfall zwischen Source bzw. Emitter und dem Verbindungspunkt der beiden GNDs, sondern um den dynamischen durch die Induktivität von ein paar '''ZENTIMETER''' Leitung. Dieser Spannungsabfall steht dann nicht mehr zur Verfügung, um den [[FET]] / [[IGBT]] anzusteuern, da er der U_GS entgegen wirkt. {{Absatz}}
Bezüglich "ohmscher Anteil": bei 500A und 1mOhm sind das nur 0,5V, eigentlich vernachlässigbar, und ein guter Entwickler läßt sowieso etwas Luft.
Nehmen wir jetzt aber den induktiven Spannungsabfall, den wir gemäß dU = -L * dI / dt berechnen.
Drei Zentimeter Leiterbahn haben eine Aufbau abhängige parasitäre Induktivität von ca. 20..30nH.
Werden 125A in 250ns geschaltet bedeutet dies eine Stromsteilheit von 500A/µs. (Auch 6..10kA/µs sind keine Seltenheit!). Bei 500/µs und 20nH entsteht in ''drei Zentimeter'' Leiterbahn bei ''jedem'' Schalten eine Selbstinduktionsspannung von -20nH·500A/1µs = ''-10V.''
Was das bedeutet, wenn die GS-Ansteuerspannung ''um'' 10V reduziert wird, kann sich sicher jeder denken, der Halbleiter schaltet überhaupt nicht mehr, oder wird ggf. im Linearbetrieb eingesetzt und damit sofort heiß bzw. zerstört. Des Weiteren verkraften die meisten, guten Treiber-ICs am Gateausgang eine Spannung von maximal 5V unter dem Bezugs-GND-Potential. Wird die Spannungsdifferenz etwas größer, tritt "magischer Rauch" aus, und wir brauchen wieder einen "neuen Timmy".

Das Thema der "parasitären Induktivitäten" begegnet uns wieder beim Thema ''"Niederinduktiver Aufbau zwischen Zwischenkreiskondensator und Leistungshalbleiter"''. Dort tritt eine vergleichbare Stromsteilheit auf, die Induktivität der Verbindungen zwischen Kondensator und Leistungsschalter ist jedoch höchsten größer, aber nicht so einfach zu beheben wie bei der [[Treiber]]-GND durch Anschluss an der richtigen Stelle.
{{Absatz}}

== Begriffsdefinitionen ==
;Stromsteilheit: dI/dt = Änderung des Stromes über der Zeit z.B. 100A in 1µs = 100A/µs

;PWM: [[Pulsweitenmodulation]]: Durch Variation des Verhältnisses der Ein- und Ausschaltzeit entsteht bei gleicher Grundfrequenz ein Rechtecksignal mit variablem Verhältnis der Ein =1 zur Aus = 0 Zeit. Dies nennt man auch das "Tastverhältnis". Dieses Signal kann auch zur Leistungssteuerung verwendet werden, indem z.B. eine 1000W Heizung die auf 400W laufen soll zu 40% ein-, und zu 60% ausgeschaltet ist. Mit dieser Ansteuerung können beliebige Signalformen realisiert werden, sofern eine für die Schaltfrequenz geeignete Filterung erfolgt. Beim Motor (H-Brücke oder Vollbrücke) wird diese Filterung durch die Induktivität der Motorwicklung erreicht, sodaß der Strom nur mehr einen kleineren Stromrippel in etwa in Form eines Dreiecks aufweist.

;Tastverhältnis: Das Verhältnis t_ein / (t_ein + t_aus) bezeichnet man als Tastverhältnis. (engl. Duty Cycle, daher oft abgekürzt DC, Achtung: bitte nicht mit Direct Current = Gleichstrom verwechseln). Das Tastverhältnis ist eine Zahl zwischen '0' und '1'.

;Brückenkurzschluss: Siehe ''Querstrom''
;Querstrom: Dies wird meist verursacht durch gleichzeitiges oder überlappendes Schalten von HS- und LS-Schalter (oder einem defekten Schalter auf den "aufgeschaltet" wird). Moderne integrierte Treiber stellen durch eine intern erzeugte "Totzeit" sicher, daß dieser Fall des überlappenden Schaltens im Umschaltmoment nie eintritt. Bei einem Selbstbau-Treiber ist diese Funktionalität Pflicht.
Gibt es diese "Totzeit" nicht, oder liegt in einem der Leistungshalbleiter ein Defekt vor steigt der Strom Aufgrund der geringen Induktivität in einem solchen Lastkreis leicht auf mehrere 1000A, und kommt einem Kurzschluß der Leistungsquelle gleich. Wird ein solcher Kurzschluß wie üblich schnell abgeschaltet, zerstören die dabei entstehenden Überspannungen die Schalter meist sofort.

Im Kleinleistungsbereich (Modellbau) lassen sich auch brückenkurzschluss-sichere Endstufen aus emittergekoppelten Komplementärtransistoren aufbauen. So ähnlich wie bei Lautsprecher-Endstufen. Stichwort: "Digitale Komplementärendstufe mit Potenzialversatz", dies bietet jedoch schaltungstechnisch keinen wirklichen Vorteil. Eine "echte" Treiberstufe mit Totzeit - egal ob diskret aufgebaut (Laufzeitverzögerung mit RC), mit RCD-Bestückung am Gate, oder im Treiber-IC integriert - ist "State of the Art".

== Parallelschalten von Leistungstransistoren==
FETs und IGBTs lassen sich relativ einfach parallelschalten, wenn ein paar wenige Grundsätze beachtet werden:
# Jeder Transistor bekommt einen eigenen Gate-Vorwiderstand bzw. eine eigene R||RD Beschaltung (Gatebeschaltung).
# Die Leistungsanbindung an Drain und Source – hier zählt "mOhm" und "nH" - wird symmetrisch aufgebaut, ähnlich einem "hydraulischen Abgleich" bei Heizungssystemen.
# Die Schleife "Kondensator — FET — Kondensator" wird minimiert.
# Die Gatebeschaltung wird möglichst nahe am Gate- und Source-Anschluß angebracht und bezüglich Induktivität (Leitungslänge)bis auf ca +/-20% symmetriert. Die Zuleitung zu den Gatebeschaltungen ist unkritisch''er''.
# Jedes Bauteil wird bezüglich Spannungsfestigkeit und Stromtragfähigkeit mit größerer Sicherheitsreserve als sonst üblich dimensioniert, denn trotz der hier genannten Maßnahmen können Asymmetrieen auftreten.

Sollten auf den Gateleitungen Schwingungen zu beobachten sein, kann es helfen, in ''jede'' Verbindung von Gatetreiber-Source zum Sourceanschluß des Schalters je einen Widerstand zu integrieren. Der Wert kann ist stark vom geschalteten Strom abhängig, und kann in erster Näherung so dimensioniert werden, daß an diesem Widerstand eine Spannung von ca. 1V abfällt. Dieser Spannungsabfall wirkt einer steigenden Gatespannung entgegen, und reduziert damit dI/dt am jeweils schnellsten Transistor. Achtung auf die Verlustleistung dieses Widerstandes.
Sinnvoller ist jedoch das Design hinsichtlich parasitäer Induktivitäten und Kapazitäten zu prüfen und ggf zu optimieren.
{{Absatz}}

== Kühlung der Leistungshalbleiter ==
''Anmerkung: Sollte ein Kenner dieses Thema (Falk?) die Zeit und Muse haben diesen Teil des Artikels '''sinnvoll''' in den wirklich schon guten Artikel [[Kühlkörper]] zu integrieren und hier zu verlinken, wäre ich dankbar ;-) die Zeit dafür habe ich im Moment nicht'' --[[Benutzerseite:Powerfreak|Powerfreak]]

Beim Betrieb von Leistungshalbleitern wird Wärme erzeugt. Dies geschieht sowohl im eingeschalteten Zustand, als auch bei jedem Ein- und Ausschalten.
Um eine Überhitzung und damit eine Zerstörung des Bauteiles zu verhindern muss diese Wärmeenergie entsprechend abgeführt werden. Ab einer Verlustleistung von ca. 1W ist es nicht mehr ausreichend wenn das Bauteil diese Energie nur abstrahlt, bzw. über Leitungen abführt. Am häufigsten werden diese Bauteile auf einen [[Kühlkörper]] geschraubt oder geklemmt, selten geklebt.

Sowohl die Oberfläche des Kühlkörpers als auch des wärmeerzeugende Bauteiles sind nicht eben und weisen eine gewisse Rauhigkeit auf. Dies bedeutet, dass sich die zwei Oberflächen nur punktuell berühren (meist nur mit wenigen Prozent der Gesamtfläche) und nicht auf der gesamten Fläche, für eine wirklsame Kühlung ist "Fläche" jedoch das "A und O".

Luft hat eine sehr schlechte Wärmeleitfähigkeit und die Luft, die zwischen den zwei Oberflächen liegt, verhindert eine Wärmeleitung zwischen den zwei Teilen sehr effektiv. Als Daumenwert kann man sagen, dass 1µm Luft in etwa einem absoluten Wärmewiderstand von ca. 1K/W entspricht... jedoch wird es sich nur in den seltensten Fällen nur um einen Mikrometer handeln, sondern meistens deutlich mehr.

=== Wärmeleitmaterialien ===
Diese Materialien verbessern die thermische Anbindung zwischen einem Bauteil, das Wärme erzeugt, und dem Bauteil, das diese Wärme durch Wärmeleitung in ein Kühlmittel (Luft oder Wasser) abführt. Diese Materialien werden zwar "Wärmeleit" -Folie bzw. -Paste genannt, leiten die Wärme jedoch nicht besonders gut...aber immer noch um mindestens den Faktor 100 besser als Luft... und genau das ist der Grund, warum diese verwendet werden müssen. (Kupfer leitet Wärme um den Faktor 15400 besser als Luft) Die Pasten enthalten meist Öle bzw. Wachse und Fette als Bindemittel und zur besseren Wärmeleitung Metalloxide bzw. Metall- oder Kohlenstoffpartikel als wärmeleitende Füllstoffe.
Der "''vielfach'' punktuelle" Kontakt von Bauteil und Kühlkörperoberfläche ist für eine optimale Anbindung sehr wichtig, da über diese kleinsten Kontaktpunke sehr viel Energie abgeführt werden kann. Daher ist es bei Verwendung von Paste essentiell, die Paste "möglichst dünn" aufzutragen, und den Überschuß, der den direkten Kontakt von Bauteil und Kühlkörper möglicherweise verhindern könnte, herauszupressen. Die Paste soll nur die Luft dazwischen ersetzen, und nicht eine durchgehende Schicht erzeugen(!).

Besondere Beachtung finden die Wärmeleitfolien, die auf beiden Seiten eine thermisch leitfähige, wachsartige Beschichtung aufweisen. Diese Beschichtung schmilzt unter Wärmeeinwirkung auf und füllt die Spalten zwischen den Oberflächen besonders gut. Folien dieser Art werden ''Phase Change Material'' genannt. Auf Grund der Tatsache, daß das Material aufschmilzt, ist es erforderlich nach dem ersten Schmelzprozess den ursprünglich Anpressdruck des Bauteiles auf dem Kühlkörper durch nachspannen wieder herzustellen. Achtung: ''Vor'' dem Aufheizen und Nachspannen hat die Wärmeleitfähigkeit noch nicht die möglichen Minimalwerte erreicht. Zum Teil ist die Wärmeanbindung noch um Faktoren schlechter, daher beim ersten Einschalten noch nicht voll belasten.

Hier eine Übersicht über die Wärmeleitfähigkeit von verschiedenen Materialien:

:{| class="wikitable" style="text-align:left"
|-
! Material || Wärmeleitfähigkeit [W/(m·K)] || Kommentar
|-
|Kupfer || 370 || schwankt zwischen ca. 350..400
|-
|Aluminium || 220 ||
|-
|Stahl || 50 || hochlegierte Stähle <20
|-
|Eisen || 80||
|-
|Silber || 430 ||
|-
|Zinn || 67 ||
|-
|Blei || 35||
|-
|Wärmeleitpasten || 3..10 ||
|-
|Luft || 0,024 ||
|-
|Wasser || 0,6||
|-
|Öl || 0,15||
|-
|}

Hier eine Übersicht über die Wärmeleitfähigkeit von ''ausgewählten'' Isolierfolien. Wenn jemand gute und bezahlbare Folien findet/kennt, bitte hier mit allen Daten angeben, um dem Nutzer die Entscheidung zu erleichtern:

:{| class="wikitable" style="text-align:left"
|-
! Material || Wärmeleitfähigkeit [W/(m·K)] || Größe / Menge ||Bezugsquelle || ungefähre Kosten
|-
|WÄRMELEITFOL.86/82 ROT ||6,5 ||100×;100×0,25mm || C|| 14€
|-
|}
;Hinweis: Die Wärmeleitfähigkeit von Folien bezieht sich ausschließlich auf die Folie selbst. Selbst unter besten Bedingungen wird man die genannten Werte nicht erreichen, da durch den Übergang vom Bauteil in die Folie und von dort in den Kühlkörper ein zusätzlicher Wärmewiderstand entsteht. Eine Verschlechterung von ca. 30% oder mindestens 0,5K/W bei einem TO220-Bauteil ist zu erwarten.

Hier eine Übersicht über die Wärmeleitfähigkeit von ''ausgewählten'' Wärmeleitpasten. Wenn jemand gute und bezahlbare Pasten findet/kennt, bitte hier mit allen Daten angeben, um dem Nutzer die Entscheidung zu erleichtern:

:{| class="wikitable" style="text-align:left"
|-
! Material || Wärmeleitfähigkeit [W/(m·K)] || Größe / Menge ||Bezugsquelle || ungefähre Kosten
|-
|Artic Silver ||8,9 || 3,5g || C || 13,95€
|-
|Standard Pasten auf Silikonbasis ||3,0|| 3g..150g|| C / Rei / ... || wenige €/g
|-
|}

Montagerichtlinien:
Die so beliebten Bohrungen in eine blanken Kühlfahne des Transistors wie z. B. beim TO-220 Gehäuse suggerieren eine fantastisch einfache Montierbarkteit. Wird die Schraube aber nur ein klein wenig zu fest angezogen, verformt sich das Kupfer der Kühlfahne und sorgt dafür, dass sich der Kunststoff umpresste Teil des Transistors ein klein wenig abhebt. Dies hat eine deutlich schlechtere Wärmeanbindung zur Folge. Die isolierte Bohrung bei vollständig umspritzten – nicht zu verwechseln mit auch auf der Rückseite isolierten – Bauteilen umgeht dieses Risiko, genauso wie der nachfolgende Montagevorschlag.
* Bei hohen Verlustleistungen ist zu empfehlen, das Bauteil gegenüber der Stelle aufzupressen, an der die Verlustleistung entsteht, also direkt auf dem Kunststoff des Transistors über dem Chip.
* Werden mehrere Bauteile parallel auf dem Kühlkörper montiert sollte zwischen den Bauteilen ''mindestend'' soviel Abstand vorgesehen werden, wie die Breite des Bauteiles beträgt. Dies vermindert die gegenseitige, thermische Beeinflussing der Bauteile und ermöglicht eine bessere Wärmeabfuhr
* Zur Montage mehrerer Bauteile eignet sich eine Metallschiene die direkt auf den Kunststoff drückt sehr gut. Zwischen ''jedem'' Bauteil ist ein Verschraubungspunkt vorzusehen, damit jedes Bauteil gleichmäßig aufgedrückt wird.
* Vor dem Aufbringen der Paste/Folie sowohl Bauteil als auch Kühlkörper mit Alkohol reinigen.
* Die Wärmeleitwerte für eine Paste beziehen sich auf eine meist nicht genannte aber trotzdem ''minimale'' Schichtdicke. Diese gelingt relativ reproduzierbar, wenn die Paste mit einem flachen Gegenstand (Rasierklinge, Lineal, ...) aufgebracht, verteilt und vorsichtig abgezogen wird, sodass nur eine ''dünne'' Schicht auf dem [[Kühlkörper]] verbleibt. Dies erfordert einige Übung. Paste aufhäufeln, Bauteil eindrücken und befestigen erzielt bei weitem nicht die optimale Kühlleistung.
{{Absatz}}

== Zusätzliche Hinweise ==
Anregungen oder Fragen auch gerne per Email an [http://www.mikrocontroller.net/user/show/powerfreak Powerfreak]. Dieser Artikel kann dadurch regelmäßig erweitert und ggf. durch ein FAQ ergänzt werden.
{{Absatz}}

== Siehe auch ==
* [[Mosfet-Übersicht]]
* [[IGBT]]
* [[FET]]
* [[TRIAC]]
* [[Kühlkörper]]
* [[Zwischenkreiskapazität]]
* [[Treiber]]

[[Kategorie:Bauteile]]
[[Kategorie:!Hauptkategorie]]
[[Kategorie:Leistungselektronik]]

Leistungselektronik

2015-01-03T22:52:25Z

Elektrojunge: /* Begriffsdefinitionen */ Formatierung

Dieser Artikel ist der Einstiegspunkt zu einer Reihe von weiteren Beiträgen, die alle das Thema "Leistungselektronische Systeme" als Hintergrund besitzen. Weiterführende Details und Ergänzungen findet man in den verlinkten Artikeln wie [[IGBT]], [[FET]], [[TRIAC]], [[Kühlkörper]], [[Treiber]], [[Zwischenkreiskapazität]], [[Mosfet-Übersicht]].

In diesem Artikel geht es hauptsächlich darum einen Überblick über das "System" zu schaffen und diverse Grundlagen und Begriffe zu definieren.

== Was versteht man unter "Leistungselektronik"? ==
Unter dem Begriff "Leistungselektronik" versteht man alles, was mit Steuerung, Umformung oder dem Schalten von elektrischer Energie mit elektronischen Bauelementen zu tun hat. Dies beginnt bereits bei wenigen 100mA und wenigen Volt, reicht aber bis zu mehreren 100kV und mehreren 1000A. Bei kleineren Spannungen und Strömen besteht die Herausforderung nicht in den absoluten Werten selbst, sondern in der Umformung mit einem besonders hohen Wirkungsgrad und mit möglichst geringen EMV-Abstrahlungen.

Leistungselektronik bzw. leistungselektronische Systeme bestehen immer aus einem Steuerungs- bzw. Regelteil, und dem Leistungsteil selbst. Dieses Leistungsteil - oft auch als "Leistungselektronik" bezeichnet - besteht selbst wieder aus mehreren Komponenten, die aber '''immer''' aufeinander abgestimmt sein müssen.

== Sicherheitsvorkehrungen ==
Jeder der in diesem Bereich arbeitet muss sich über die Gefahren, die von hohen Spannungen (ab 50V_ac und ca. 60V_dc {offiziell 120V_dc}), hohen Strömen oder hohen Energien (z.B. aus einem Kondensator) ausgehen, informieren und entsprechende Sicherheitsvorkehrungen treffen.
Ab ca 12V zündet ein Lichtbogen und verlischt anschließend.
Ab ca. 20V bleibt ein Lichtbogen nach der Zündung stehen, bis die Spannung unter die Lichtbogenbrennspannung - die abhängig von der Lichtbogenlänge ist - fällt.
Auch bei einer einmaligen Entladung (z.B. aus einem Kondensator) kann so viel Energie in dem Brennmoment enthalten sein, daß flüssiges Metall durch die Gegend geschleudert wird.
Die Verwendung eines Trenntrafos und einer Schutzbrille - letzteres speziell für Messungen mit dem Oszi direkt am Testobjekt - sollte auch schon bei geringen Leistungen zur Standardausrüstung gehören, bei größeren Leistung auch ein Gehörschutz.

== Bestandteile eines leistungselektronischen Systems ==
Zum Leistungsteil gehören immer:
# Leistungshalbleiter ([[FET]], [[Mosfet-Übersicht]], [[IGBT]], [[TRIAC]])
# Kühlung für den Leistungshalbleiter über [[Kühlkörper]]
# [[Zwischenkreiskapazität]]
# Niederinduktiver Aufbau zwischen Zwischenkreiskondensator und Leistungshalbleiter
# Ansteuerschaltung = [[Treiber]]
# Spannungsversorgung für den Treiber

Optional können noch eine separaten HS-Energieversorgung, ein Strom- bzw. Spannungssensor, sowie ggf. eine Potentialtrennung der Ansteuersignale von der Regeleineheit zum Treiber mit dazugehören.

'''Warum sind diese Komponenten immer Bestandteil einer leistungselektronischen Anwendung, und auf was ist zu achten?'''

=== Leistungshalbleiter ===
Der Leistungshalbleiter selbst ist der eigentliche Schalter. Hier gibt es verschiedene Typen/Arten von Halbleitern, die wichtigsten werden in den entsprechenden Kapiteln ([[FET]], [[Mosfet-Übersicht]], [[IGBT]], [[TRIAC]]) genau erläutert.
Als kleine Zusammenfassung kann gesagt werden, daß sich ''nicht abschaltbare'' Bauteile wie TRIACs normalerweise ausschließlich für das Schalten von Wechselstrom (AC) eignen, und ''abschaltbare'' Bauteile wie [[FET]] und [[IGBT]] ihre Stärken bei Gleichstrom (DC) ausspielen. FETs werden meist für Spannungen bis zu ca. 200V, und schnelles und häufiges Schalten >30..50kHz eingesetzt. IGBTs hingegen sind für Schaltfrequenzen bis zu typisch 10..12kHz, (selten bis zu 30kHz) und für Spannungen größer ca. 150V optimal eingesetzt. (FETs und IGBTs können auch schneller schalten, jedoch sinkt dann der Wirkungsgrad.)Vom FET existieren im Bereich Leistungselektronik zwei Haupttypen, der N-Kanal- und der P-Kanal FET. Details im entsprechenden Kapitel nur soviel Vorweg: Bei Anwendungen über ca. 30-40V oder mit hohen Strömen ist es sowohl bezüglich Kosten, als auch bezüglich Verluste und Auswahlmöglichkeiten sinnvoll zu prüfen, ob ein N-Kanal Typ mit seiner etwas aufwändigeren Ansteuerung bzw. Energieversorgung nicht doch Sinn macht. In industriellen Anwendungen wird der P-Kanal Typ nur relativ selten verwendet.
-

=== Kühlung für den Leistungshalbleiter ===
Leider läßt sich Energie nicht zu 100% verlustfrei konvertieren. Diese Verluste werden hauptsächlich in Form von Wärme abgestrahlt. Damit der (teure) Leistungshalbleiter die gewünschte Lebensdauer erreicht bzw. nicht überhitzt und damit zerstört wird, muß die Verlustenergie in irgend einer Art und Weise über einen [[Kühlkörper]] abgeführt werden.

Nur zum Vergleich: Eine 17cm durchmessende Herdplatte mit einer Leistung von 1000W hat eine Leistungsdichte von ca. 4,5W/cm². In unseren PCs - zur Kühlung der CPU - sind 50..70W/cm² übliche Werte. Die meisten Applikationen mit Leistungshalbleitern übersteigen die Leistungsdichte unserer Herdplatten bei weitem.

Diese Kühlung von nennenswerten Leistungen erfolgt fast ausschließlich durch Wärmeleitung und immer auch in Form von Wärmestrahlung. Bei sehr kleinen Verlustleistungen und hohen Temperaturdifferenzen vom Halbleiter zur Umgebungsluft ist die Ableitung durch Abstrahlung in die Luft (natürliche Konvektion) und Ableitung durch Wärmeleitung in die Platine ohne einen zusätzlichen Kühlkörper oft ausreichend. In Datenblättern findet man 50..75 K/W (ja = junction to ambient) vom Halbleiter zur Umgebungsluft, was bedeutet, daß man ca. 1W ohne Kühlkörper abführen könnte, da sich der Kühlkörper pro Watt um die genantnen 50..75K erwärmt. Für höhere Leistungen muß der Halbleiter auf einen Luftkühler z.B. [[Kühlkörper]] bzw. bei höchsten Leistungsdichten auf einem Wasserkühler montiert werden. Dies wird genauer im Kapitel "Kühlung von Leistungshalbleitern" beschrieben.

=== Zwischenkreiskapazität ===
Die [[Zwischenkreiskapazität]] ist der Energiepuffer der Anwendung, und muß mindestens ein Umschalten der Leistungsendstufe puffern können.
Da jede Leitung/Verbindung eine Induktivität darstellt, ist in 99,9% aller Fälle die Energiequelle technisch gesehen "weit" von der Last entfernt, heißt: die Quelle ist nicht direkt, sondern über je eine Induktivität in Hin- und Rückleitung, mit dem Schalter verbunden. Diese Induktivitäten führen zu einem Spannungseinbruch beim schalten, und genau '''dieser''' Spannungseinbruch muß durch den Zwischenkreis minimiert werden.
Die Zwischenkreiskapazität - die stets in ''geringst möglichen Abstand'' zum Leistungsschalter positioniert werden muss - dient also der Kompensation der Leitungsinduktivitäten. Die Anbindung mit geringst möglicher Induktivität ist entscheidend über die Funktion der Leistungselektronik. Je besser diese Anbindung, desto näher kann man mit der Spannungsfestigkeit des Leistungsschalters an die maximale Spannung der Energiequelle heran. Anders gesagt: Die Spannungsreserve ist umgekehrt proportional zum technischen Niveau des Entwicklers ;-).

=== Niederinduktiver Aufbau zwischen Zwischenkreiskondensator und Leistungshalbleiter ===
Da eine zu hohe Leitungsinduktivitäten zwischen Leistungshalbleiter und Zwischenkreiskondensatoren beim Schaltbetrieb zu hohen Spannungsspitzen führt - die gegebenenfalls den Leistungshalbleiter zerstört - muss der Abstand und damit die ''Induktivität'' zwischen Zwischenkreiskondensator und Halbleiter so kurz wie möglich gehalten werden. Natürlich ist dies nicht immer optimal möglich, daher sind Möglichkeiten wie verdrillen von + und GND sowie das Parallelschalten von mehreren, gegeneinander isolierten Litzen mit geringerem Durchmesser oft sinnvoll. An dieser Stelle ist ein technisch optimales Design die erste Priorität, und erst dann Bauraum oder Kosten. Aus diesem Grund ist diese so simpel kingende Verbindung zwischen Zwischenkreis und Leistungsschalter hier als separates Bauteil aufgeführt

=== Ansteuerschaltung = Treiber ===
Um den Leistungshalbeiter kontrollieren zu können ist eine Ansteuerschaltung, der [[Treiber]], erforderlich. Der Treiber hat die Aufgabe das Ansteuersignal mit Logikpegel zum Schalten des Leistungshalbleiters umzusetzen. Hierbei sind verschiedene Anforderungen einzuhalten. Das Ansteuersignal besitzt einen fast beliebigen Logikpegel und könnte eine beliebige Flankensteilheit aufweisen. Gängige Treiber-ICs verfügen also über einen weiten Eingansspannungsbereich - z.B. 3-15V - und einer Schmidt-Trigger Funktionalität um das Signal aufzubereiten. Des Weiteren darf ein GND-Versatz von einigen, wenigen Volt zwischen Ansteuer-Controller und Leistungs-Ground - der von hohen Strömen hervorgerufen wird - nicht zu plötzlichen und ungeplanten Umschaltungen - oder zur Verhinderung von Umschaltungen - führen. Dieser Ground-Versatz ist übrigens eine der häufigsten "Herausforderungen" im Schaltungsdesign von Leistungeelektronik. Die wichtigste Aufgabe des Treibers ist jedoch das Ein- und Ausschalten des Leistungshalbleiters innerhalb einer definierten Zeit. Dazu muss der Treiber den zum Schalten erforderlichen Strom liefern können, und dies auch noch auf dem Potential, das der Leistungshalbleiter benötigt.
Damit der [[Treiber]] diese Aufgabe erfüllen kann, benötigt er die zum Schalten erforderliche Energiemenge. Diese Energie wird normalerweise aus einer anderen Quelle als der Leistungsstromversorgung bezogen und sinnvollerweise in einem Keramikkondensator gespeichert. Ist nur eine Quelle vorhanden ist auf eine gute Entkopplung der Treiberspannungsversorgung von der Leistungsquelle zu sorgen, z.B. durch einen Vorwiderstand von wenige Ohm und einem schnellen Kondensator, gegebenenfalls auch gestaffelt.
{{Absatz}}

== Schaltungstopologien ==
In diesem Kapitel werden die am häufigsten verwendeten Schaltungstopologien in der Leistungselektronik dargestellt, und kurz besprochen:

[[Bild:Beispiel_Schaltungstopologien.png|miniatur|left|900px|Darstellung der wichtigsten Schaltungstopologien]]

;Low-Side–Schalter: Der Halbleiter schaltet eine Last gegen GND – auch als ''LS-Schalter'' bezeichnet. Die Last ist fest mit der Versorgungsspannung verbunden. Der Treiber kann hier zwar direkt an GND geschaltet werden, jedoch ist bis zum Verbindungspunkt auf eine strikte Trennung zwischen Leistungs-GND und Signal-GND, genauso wie an möglichst direkte Anbindung an den Bezugspunkt (direkt an Source bzw. Emitter) zu achten.

;High-Side–Schalter: Der Halbleiter schaltet eine Last an die Versorgungsspannung – auch als ''HS-Schalter'' bezeichnet. Die Last ist fest mit GND verbunden. Hier wird der Treiber nicht mit GND verbunden, jedoch trotzdem möglichst direkt mit der Source/Emitter des Bauteiles. Die Energieversorgung für den HS-Treiber erfolgt entweder über Bootstrap, oder über einen isolierten DCDC Wandler. Diese Art eines Schalters findet sehr häufig Anwendung z.B. im Kfz, da dort GND praktisch überall vorhanden ist, und keinen separaten Rückleiter erfordert.

;Halbbrücke: Eine Kombination aus LS-Schalter und HS-Schalter, die an der Verbindungsstelle zwischen LS- und HS-Schalter einen gemeinsamen Anschluß, den "Mittelpunkt" aufweist. Dadurch ist es möglich die Last entweder mit der Energiequelle, oder mit der Leistungs-GND zu verbinden. Besonders wichtig ist hier, daß zwischen dem Ausschalten des einen Schalters und dem Einschalten des anderen Schaltes eine minimale Zeit vergehen muß. Diese Zeit muss absolut sicherstellen, daß zu keinem Zeitpunkt BEIDE Schalter gleichzeitig leitend sind. Moderne Halbbrücken-Treiber ICs haben diese sogenannte "shoot-through protection" bereits eingebaut. Ansonsten läßt sich die Funktion auch extern nachrüsten, sogar eine RCD-Kombination ist hier möglich. Hierbei wird das Ansteuersignal zum IC beim Einschalten über RC verlangsamt, der Widerstand jedoch beim Ausschalten mit einer Diode überbrückt, und daher praktisch ohne Verzögerung abgeschaltet.

;H-Brücke: Zwei Halbbrücken mit gleicher Energiequelle. Die Last ist hier zwischen den beiden Mittelpunkten der Halbbrücken geschaltet, und kann dadurch sowohl in der eine, als auch in der andere Richtung durchflossen werden. Diese Anordnung wird oft verwendet um DC-Motoren zu steuern, und die Richtung zu wählen. Bezüglich der Treiber ist zu beachten, daß die beiden HS-Treiber jeweils eine getrennte Stromversorgung erfordern, was durch Bootstrap automatisch gegeben wäre. Das Bezugspotential der LS-Schalter ist zwar - wenn beim Design berücksichtigt - halbwegs gleich, der Sourceanschluß des linken HS-FETs liegt jedoch im Wechsel mit dem Sourceanschluß des rechten HS-FETs abwechslend auf GND und der Ausgangsspannung der Energiequelle. Des Weiteren gelten die o.g. genannten Randbedingungen zur Anordnung der Halbbrücke.

;Vollbrücke: Drei Halbbrücken mit gemeinsamer Leistungsquelle die eine dreiphasige Last - meist einen Motor - ansteuern. Des Weiteren gelten die o.g. genannten Randbedingungen zur Anordnung der Halbbrücke oder der H-Brücke.

Eines haben diese Schaltungsanordnungen gemeinsam: Durch PWM kann die fliesende Leistung (fast) stufenlos zwischen 0% und 100% geregelt werden. Bei einer 8-Bit PWM z.B. in 256 Stufen.
{{Absatz}}

== GND ist nicht gleich GND ==
So mancher kennt vermutlich das Problem einer Mikrocontrollerschaltung mit einem AD-Wandler. Wenn das Ergebnis der AD-Wandlung noch halbwegs der Realität entsprechen soll, dann müssen einige Vorsichtsmaßnahmen ergriffen werden. Neben der Abschirmungsproblematik ist es auch sinnvoll auf eine sorgfältige Trennung von Analog-GND zu Digital-GND zu achten. (Jaa Hubert L., aber hier reicht es noch ;-) )
Natürlich gibt es vielfältige Maßnahmen dies sicherzustellen, das zu diskutieren bzw. die "Beste Lösung" zu finden ist jedoch nicht Ziel dieses Artikels.

Ein sehr ähnliches Problem gibt es hier im Leistungsteil mit der Signal-GND (Signal vom und zum Treiber) und der Leistungs-GND (Hauptstrompfad).
Diese zwei GNDs (Signal-GND vom Treiber und Leistungs-GND vom Halbleiter) dürfen nur an einem Punkt miteinander verbunden werden, und zwar direkt am Anschlußpunkt von Source bzw. Emitter des Leistungsbauteiles selbst. In den Stromlaufplänen des Artikels "Treiber" wird auffallen, daß der GND Anschluß des Treibers nicht irgendwo an Leistungs-GND angebunden ist, sondern möglichst direkt am Halbleiter.

Der Grund ist sehr einfach erklärt: '''GND-Versatz.'''

Hier geht es jetzt nicht um den ohmschen d.h. statisch, dem Strom folgenden, Spannungsabfall zwischen Source bzw. Emitter und dem Verbindungspunkt der beiden GNDs, sondern um den dynamischen durch die Induktivität von ein paar '''ZENTIMETER''' Leitung. Dieser Spannungsabfall steht dann nicht mehr zur Verfügung, um den [[FET]] / [[IGBT]] anzusteuern, da er der U_GS entgegen wirkt. {{Absatz}}
Bezüglich "ohmscher Anteil": bei 500A und 1mOhm sind das nur 0,5V, eigentlich vernachlässigbar, und ein guter Entwickler läßt sowieso etwas Luft.
Nehmen wir jetzt aber den induktiven Spannungsabfall, den wir gemäß dU = -L * dI / dt berechnen.
Drei Zentimeter Leiterbahn haben eine Aufbau abhängige parasitäre Induktivität von ca. 20..30nH.
Werden 125A in 250ns geschaltet bedeutet dies eine Stromsteilheit von 500A/µs. (Auch 6..10kA/µs sind keine Seltenheit!). Bei 500/µs und 20nH entsteht in ''drei Zentimeter'' Leiterbahn bei ''jedem'' Schalten eine Selbstinduktionsspannung von -20nH·500A/1µs = ''-10V.''
Was das bedeutet, wenn die GS-Ansteuerspannung ''um'' 10V reduziert wird, kann sich sicher jeder denken, der Halbleiter schaltet überhaupt nicht mehr, oder wird ggf. im Linearbetrieb eingesetzt und damit sofort heiß bzw. zerstört. Des Weiteren verkraften die meisten, guten Treiber-ICs am Gateausgang eine Spannung von maximal 5V unter dem Bezugs-GND-Potential. Wird die Spannungsdifferenz etwas größer, tritt "magischer Rauch" aus, und wir brauchen wieder einen "neuen Timmy".

Das Thema der "parasitären Induktivitäten" begegnet uns wieder beim Thema ''"Niederinduktiver Aufbau zwischen Zwischenkreiskondensator und Leistungshalbleiter"''. Dort tritt eine vergleichbare Stromsteilheit auf, die Induktivität der Verbindungen zwischen Kondensator und Leistungsschalter ist jedoch höchsten größer, aber nicht so einfach zu beheben wie bei der [[Treiber]]-GND durch Anschluss an der richtigen Stelle.
{{Absatz}}

== Begriffsdefinitionen ==
;Stromsteilheit: dI/dt = Änderung des Stromes über der Zeit z.B. 100A in 1µs = 100A/µs

;PWM: [[Pulsweitenmodulation]]: Durch Variation des Verhältnisses der Ein- und Ausschaltzeit entsteht bei gleicher Grundfrequenz ein Rechtecksignal mit variablem Verhältnis der Ein =1 zur Aus = 0 Zeit. Dies nennt man auch das "Tastverhältnis". Dieses Signal kann auch zur Leistungssteuerung verwendet werden, indem z.B. eine 1000W Heizung die auf 400W laufen soll zu 40% ein-, und zu 60% ausgeschaltet ist. Mit dieser Ansteuerung können beliebige Signalformen realisiert werden, sofern eine für die Schaltfrequenz geeignete Filterung erfolgt. Beim Motor (H-Brücke oder Vollbrücke) wird diese Filterung durch die Induktivität der Motorwicklung erreicht, sodaß der Strom nur mehr einen kleineren Stromrippel in etwa in Form eines Dreiecks aufweist.

;Tastverhältnis: Das Verhältnis t_ein / (t_ein + t_aus) bezeichnet man als Tastverhältnis. (engl. Duty Cycle, daher oft abgekürzt DC, Achtung: bitte nicht mit Direct Current = Gleichstrom verwechseln). Das Tastverhältnis ist eine Zahl zwischen '0' und '1'.

;Brückenkurzschluss: Siehe ''Querstrom''
;Querstrom: Dies wird meist verursacht durch gleichzeitiges oder überlappendes Schalten von HS- und LS-Schalter (oder einem defekten Schalter auf den "aufgeschaltet" wird). Moderne integrierte Treiber stellen durch eine intern erzeugte "Totzeit" sicher, daß dieser Fall des überlappenden Schaltens im Umschaltmoment nie eintritt. Bei einem Selbstbau-Treiber ist diese Funktionalität Pflicht.
Gibt es diese "Totzeit" nicht, oder liegt in einem der Leistungshalbleiter ein Defekt vor steigt der Strom Aufgrund der geringen Induktivität in einem solchen Lastkreis leicht auf mehrere 1000A, und kommt einem Kurzschluß der Leistungsquelle gleich. Wird ein solcher Kurzschluß wie üblich schnell abgeschaltet, zerstören die dabei entstehenden Überspannungen die Schalter meist sofort.

Im Kleinleistungsbereich (Modellbau) lassen sich auch brückenkurzschluss-sichere Endstufen aus emittergekoppelten Komplementärtransistoren aufbauen. So ähnlich wie bei Lautsprecher-Endstufen. Stichwort: "Digitale Komplementärendstufe mit Potenzialversatz", dies bietet jedoch schaltungstechnisch keinen wirklichen Vorteil. Eine "echte" Treiberstufe mit Totzeit - egal ob diskret aufgebaut (Laufzeitverzögerung mit RC), mit RCD-Bestückung am Gate, oder im Treiber-IC integriert - ist "State of the Art".

== Parallelschalten von Leistungstransistoren==
FETs und IGBTs lassen sich relativ einfach parallelschalten, wenn ein paar wenige Grundsätze beachtet werden:
# Jeder Transistor bekommt einen eigenen Gate-Vorwiderstand bzw. eine eigene R||RD Beschaltung (Gatebeschaltung).
# Die Leistungsanbindung an Drain und Source – hier zählt "mOhm" und "nH" - wird symmetrisch aufgebaut, ähnlich einem "hydraulischen Abgleich" bei Heizungssystemen.
# Die Schleife "Kondensator — FET — Kondensator" wird minimiert.
# Die Gatebeschaltung wird möglichst nahe am Gate- und Source-Anschluß angebracht und bezüglich Induktivität (Leitungslänge)bis auf ca +/-20% symmetriert. Die Zuleitung zu den Gatebeschaltungen ist unkritisch''er''.
# Jedes Bauteil wird bezüglich Spannungsfestigkeit und Stromtragfähigkeit mit größerer Sicherheitsreserve als sonst üblich dimensioniert, denn trotz der hier genannten Maßnahmen können Asymmetrieen auftreten.

Sollten auf den Gateleitungen Schwingungen zu beobachten sein, kann es helfen, in ''jede'' Verbindung von Gatetreiber-Source zum Sourceanschluß des Schalters je einen Widerstand zu integrieren. Der Wert kann ist stark vom geschalteten Strom abhängig, und kann in erster Näherung so dimensioniert werden, daß an diesem Widerstand eine Spannung von ca. 1V abfällt. Dieser Spannungsabfall wirkt einer steigenden Gatespannung entgegen, und reduziert damit dI/dt am jeweils schnellsten Transistor. Achtung auf die Verlustleistung dieses Widerstandes.
Sinnvoller ist jedoch das Design hinsichtlich parasitäer Induktivitäten und Kapazitäten zu prüfen und ggf zu optimieren.
{{Absatz}}

== Kühlung der Leistungshalbleiter ==
[Anmerkung des Autors: Sollte ein Kenner dieses Thema (Falk?) die Zeit und Muse haben diesen Teil des Artikels '''sinnvoll''' in den wirklich schon guten Artikel [[Kühlkörper]] zu integrieren und hier zu verlinken, wäre ich dankbar ;-) die Zeit dafür habe ich im Moment nicht]

Beim Betrieb von Leistungshalbleitern wird Wärme erzeugt. Dies geschieht sowohl im eingeschalteten Zustand, als auch bei jedem Ein- und Ausschalten.
Um eine Überhitzung und damit eine Zerstörung des Bauteiles zu verhindern muss diese Wärmeenergie entsprechend abgeführt werden. Ab einer Verlustleistung von ca. 1W ist es nicht mehr ausreichend wenn das Bauteil diese Energie nur abstrahlt, bzw. über Leitungen abführt. Am häufigsten werden diese Bauteile auf einen [[Kühlkörper]] geschraubt oder geklemmt, selten geklebt.

Sowohl die Oberfläche des Kühlkörpers als auch des wärmeerzeugende Bauteiles sind nicht eben und weisen eine gewisse Rauhigkeit auf. Dies bedeutet, dass sich die zwei Oberflächen nur punktuell berühren (meist nur mit wenigen Prozent der Gesamtfläche) und nicht auf der gesamten Fläche, für eine wirklsame Kühlung ist "Fläche" jedoch das "A und O".

Luft hat eine sehr schlechte Wärmeleitfähigkeit und die Luft, die zwischen den zwei Oberflächen liegt, verhindert eine Wärmeleitung zwischen den zwei Teilen sehr effektiv. Als Daumenwert kann man sagen, dass 1µm Luft in etwa einem absoluten Wärmewiderstand von ca. 1K/W entspricht... jedoch wird es sich nur in den seltensten Fällen nur um einen Mikrometer handeln, sondern meistens deutlich mehr.

=== Wärmeleitmaterialien ===
Diese Materialien verbessern die thermische Anbindung zwischen einem Bauteil, das Wärme erzeugt, und dem Bauteil, das diese Wärme durch Wärmeleitung in ein Kühlmittel (Luft oder Wasser) abführt. Diese Materialien werden zwar "Wärmeleit" -Folie bzw. -Paste genannt, leiten die Wärme jedoch nicht besonders gut...aber immer noch um mindestens den Faktor 100 besser als Luft... und genau das ist der Grund, warum diese verwendet werden müssen. (Kupfer leitet Wärme um den Faktor 15400 besser als Luft) Die Pasten enthalten meist Öle bzw. Wachse und Fette als Bindemittel und zur besseren Wärmeleitung Metalloxide bzw. Metall- oder Kohlenstoffpartikel als wärmeleitende Füllstoffe.
Der "''vielfach'' punktuelle" Kontakt von Bauteil und Kühlkörperoberfläche ist für eine optimale Anbindung sehr wichtig, da über diese kleinsten Kontaktpunke sehr viel Energie abgeführt werden kann. Daher ist es bei Verwendung von Paste essentiell, die Paste "möglichst dünn" aufzutragen, und den Überschuß, der den direkten Kontakt von Bauteil und Kühlkörper möglicherweise verhindern könnte, herauszupressen. Die Paste soll nur die Luft dazwischen ersetzen, und nicht eine durchgehende Schicht erzeugen(!).

Besondere Beachtung finden die Wärmeleitfolien, die auf beiden Seiten eine thermisch leitfähige, wachsartige Beschichtung aufweisen. Diese Beschichtung schmilzt unter Wärmeeinwirkung auf und füllt die Spalten zwischen den Oberflächen besonders gut. Folien dieser Art werden ''Phase Change Material'' genannt. Auf Grund der Tatsache, daß das Material aufschmilzt, ist es erforderlich nach dem ersten Schmelzprozess den ursprünglich Anpressdruck des Bauteiles auf dem Kühlkörper durch nachspannen wieder herzustellen. Achtung: ''Vor'' dem Aufheizen und Nachspannen hat die Wärmeleitfähigkeit noch nicht die möglichen Minimalwerte erreicht. Zum Teil ist die Wärmeanbindung noch um Faktoren schlechter, daher beim ersten Einschalten noch nicht voll belasten.

Hier eine Übersicht über die Wärmeleitfähigkeit von verschiedenen Materialien:

:{| class="wikitable" style="text-align:left"
|-
! Material || Wärmeleitfähigkeit [W/(m·K)] || Kommentar
|-
|Kupfer || 370 || schwankt zwischen ca. 350..400
|-
|Aluminium || 220 ||
|-
|Stahl || 50 || hochlegierte Stähle <20
|-
|Eisen || 80||
|-
|Silber || 430 ||
|-
|Zinn || 67 ||
|-
|Blei || 35||
|-
|Wärmeleitpasten || 3..10 ||
|-
|Luft || 0,024 ||
|-
|Wasser || 0,6||
|-
|Öl || 0,15||
|-
|}

Hier eine Übersicht über die Wärmeleitfähigkeit von ''ausgewählten'' Isolierfolien. Wenn jemand gute und bezahlbare Folien findet/kennt, bitte hier mit allen Daten angeben, um dem Nutzer die Entscheidung zu erleichtern:

:{| class="wikitable" style="text-align:left"
|-
! Material || Wärmeleitfähigkeit [W/(m·K)] || Größe / Menge ||Bezugsquelle || ungefähre Kosten
|-
|WÄRMELEITFOL.86/82 ROT ||6,5 ||100×;100×0,25mm || C|| 14€
|-
|}
;Hinweis: Die Wärmeleitfähigkeit von Folien bezieht sich ausschließlich auf die Folie selbst. Selbst unter besten Bedingungen wird man die genannten Werte nicht erreichen, da durch den Übergang vom Bauteil in die Folie und von dort in den Kühlkörper ein zusätzlicher Wärmewiderstand entsteht. Eine Verschlechterung von ca. 30% oder mindestens 0,5K/W bei einem TO220-Bauteil ist zu erwarten.

Hier eine Übersicht über die Wärmeleitfähigkeit von ''ausgewählten'' Wärmeleitpasten. Wenn jemand gute und bezahlbare Pasten findet/kennt, bitte hier mit allen Daten angeben, um dem Nutzer die Entscheidung zu erleichtern:

:{| class="wikitable" style="text-align:left"
|-
! Material || Wärmeleitfähigkeit [W/(m·K)] || Größe / Menge ||Bezugsquelle || ungefähre Kosten
|-
|Artic Silver ||8,9 || 3,5g || C || 13,95€
|-
|Standard Pasten auf Silikonbasis ||3,0|| 3g..150g|| C / Rei / ... || wenige €/g
|-
|}

Montagerichtlinien:
Die so beliebten Bohrungen in eine blanken Kühlfahne des Transistors wie z. B. beim TO-220 Gehäuse suggerieren eine fantastisch einfache Montierbarkteit. Wird die Schraube aber nur ein klein wenig zu fest angezogen, verformt sich das Kupfer der Kühlfahne und sorgt dafür, dass sich der Kunststoff umpresste Teil des Transistors ein klein wenig abhebt. Dies hat eine deutlich schlechtere Wärmeanbindung zur Folge. Die isolierte Bohrung bei vollständig umspritzten – nicht zu verwechseln mit auch auf der Rückseite isolierten – Bauteilen umgeht dieses Risiko, genauso wie der nachfolgende Montagevorschlag.
* Bei hohen Verlustleistungen ist zu empfehlen, das Bauteil gegenüber der Stelle aufzupressen, an der die Verlustleistung entsteht, also direkt auf dem Kunststoff des Transistors über dem Chip.
* Werden mehrere Bauteile parallel auf dem Kühlkörper montiert sollte zwischen den Bauteilen ''mindestend'' soviel Abstand vorgesehen werden, wie die Breite des Bauteiles beträgt. Dies vermindert die gegenseitige, thermische Beeinflussing der Bauteile und ermöglicht eine bessere Wärmeabfuhr
* Zur Montage mehrerer Bauteile eignet sich eine Metallschiene die direkt auf den Kunststoff drückt sehr gut. Zwischen ''jedem'' Bauteil ist ein Verschraubungspunkt vorzusehen, damit jedes Bauteil gleichmäßig aufgedrückt wird.
* Vor dem Aufbringen der Paste/Folie sowohl Bauteil als auch Kühlkörper mit Alkohol reinigen.
* Die Wärmeleitwerte für eine Paste beziehen sich auf eine meist nicht genannte aber trotzdem ''minimale'' Schichtdicke. Diese gelingt relativ reproduzierbar, wenn die Paste mit einem flachen Gegenstand (Rasierklinge, Lineal, ...) aufgebracht, verteilt und vorsichtig abgezogen wird, sodass nur eine ''dünne'' Schicht auf dem [[Kühlkörper]] verbleibt. Dies erfordert einige Übung. Paste aufhäufeln, Bauteil eindrücken und befestigen erzielt bei weitem nicht die optimale Kühlleistung.
{{Absatz}}

== Zusätzliche Hinweise ==
Anregungen oder Fragen auch gerne per Email an [http://www.mikrocontroller.net/user/show/powerfreak Powerfreak]. Dieser Artikel kann dadurch regelmäßig erweitert und ggf. durch ein FAQ ergänzt werden.
{{Absatz}}

== Siehe auch ==
* [[Mosfet-Übersicht]]
* [[IGBT]]
* [[FET]]
* [[TRIAC]]
* [[Kühlkörper]]
* [[Zwischenkreiskapazität]]
* [[Treiber]]

[[Kategorie:Bauteile]]
[[Kategorie:!Hauptkategorie]]
[[Kategorie:Leistungselektronik]]

Testseite

2015-01-03T22:51:05Z

Elektrojunge: /* Das ist eine neue Schrift */

{{DISPLAYTITLE:m4 (Programmiersprache)}}

= Text und allgemeine Formatierung =
== Noch mehr Text ==
Hallo!
tag

== Formatierungen ==
Hä? http://www.lufthansa.de hier geht es zu Airberlin :)
== Liste aller IATA-Codes ==
http://de.wikipedia.org/wiki/Liste_der_IATA-Airline-Codes

= Das ist eine neue Schrift =
Wer dem andern eine Bratwurst brät, der hat ein Bratwurstbratgerät...

Bin aber Vegetarier
ICH BIN ÜBERZEUGTER FLEISCHFRESSER
Wer anderen eine Grube gräbt, fällt selbst hinein...

''betrunkene Schrift''

unterstrichen

okay!

"nowiki" verhindert das Interpretieren eines "Befehls".

Abschnitte mit automatisch erstelltem Inhaltsverzeichnis:
== Das Schnitzel-Gedicht ==

Ein Mensch, der sich ein Schnitzel briet,
bemerkte, daß ihm das missriet.
Jedoch da er es selbst gebraten,
tut er, als wär es ihm geraten.
und, sich nicht selbst zu strafen Lügen,
ißt er's mit herzlichem Vergnügen.

== Wenn... ==
Wenn die Bedingung erfüllt ist, dass die Bedingung erfüllt ist, dass Enten Schnäbel haben, dann ist warscheinlicherweise die Bedingung erfüllt, dass die Bedingung nicht erfüllt ist, dass Enten keine Schnäbel haben, wobei man annimmt, dass die Gesetze der Logik herrschen.

== Gruß... ==
--[[Benutzer:Elektrojunge|Elektrojunge]] ([[Benutzer Diskussion:Elektrojunge|Diskussion]]) 23:51, 3. Jan. 2015 (CET)

= "Rudi :-)" =

== DECT-WIFI ==
; "Rudi ;-)" Versucht sich in der WIKI
* DECT-WIFI
* neuer Text
* ganz neu

== DECT-MIDI ==
; "Rudi ;-)" Versucht sich in der WIKI
so so
* DECT-MIDI
** Test Doppel Stern
* Test wieder einfach Stern
** aha .. da gehts dann weiter
*** Test Dreifach Stern
**** Test Vierfach Stern
***** Test Fuenffach Stern
**************************************************************************************************** Test Huntertfach Stern

== DECT-OTG ==
; "Rudi ;-)" Versucht sich in der WIKI
* DECT-OTG

== WIFI-DECT ==
; "Rudi ;-)" Versucht sich in der WIKI
* WIFI-DECT

== WIFI-MIDI ==
; "Rudi ;-)" Versucht sich in der WIKI
* WIFI-MIDI

== WIFI-OTG ==
; "Rudi ;-)" Versucht sich in der WIKI
* WIFI-OTG

= Listen =

== Listen ==

; Liste:

* dies
* und das
* und jenes
** noch mehr jenes
*** und noch viel mehr, danke
* und anderes
** Bitteschön

BliiiiiiiiiiiiBlaaaaaaaaaaaaaaaaaBlubbbbbbbbbbbbbbbbbbbbb

haha

; nummerierte Liste:

# ein Punkt
# nochn Punkt
## unterpunkt

;Definitionsliste:

;Text 1: gjka gdjk sdghjkd gasjkdgsajkdgsjk dgasj kdg sjdg ghdjsk gdjk dgjks dgjkadgjkdg asjkdg sadg sdg dgsj dsgaj
;Text 2: gjka gdjk sdghjkd gasjkdgsajkdgsjk dgasj kdg sjdg ghdjsk gdjk dgjks dgjkadgjkdg asjkdg sadg sdg dgsj dsgaj

;Text 1 == Text 2

= test für einen neuen abschnitt 1 =

= Testabschnitt 2 Überschrift ==

= Einfügetest ZZZ Testabschnitt 3=
Mal sehen was passiert.
lol

es steht immer noch da :)

Bald nicht mehr du Horst!

Oooh doch! :-D

= test für einen neuen abschnitt 2.28 =
= test für einen neuen abschnitt 2( =
'''Mein Text :D'''

= Links =

== intern (Artikelsammlung) ==

* [[AVR]]
* [[AVR-GCC-Tutorial/LCD-Ansteuerung]]
* [[AVR-GCC-Tutorial#ADC (Analog Digital Converter)]]

== extern ==

* http://www.mikrocontroller.net/topic/108625#959992
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/108625#959992]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/108625#959992 Link]

= Formeln =

<math> \widehat{s} = \frac{\widehat{v}}{\omega_{10}11110} </math>{{clear}}
<math> \widehat{v} = \overline{v} \cdot \sqrt{2} </math>{{clear}}
<math>\frac{U(s)}{E(s)} = F _{PID} (s) = K_R [ 1 + \underbrace {\frac{1}{T_I s}}_{I-Anteil} + \underbrace{\frac{T_Ds}{1+T_Vs}}_{D-Aneil} ] </math>

= Tabellen =

== normal ==

{| border="1" class="wikitable"
|+ Speicher
|-
! Typ || Geschwindigkeit || Größe || Schreibzugriffe || Datenerhalt ohne Spannung
|-
| RAM || ++++ || ++++ || beliebig oft || nein
|-
| EPROM || + || +++ || ~1000 || ja
|-
| EEPROM || + || +++ || 10.000-1.000.000 || ja
|-
| FLASH-ROM || ++ || +++++ || 1000-10.000 || ja
|-
| OTP-ROM || + || +++ || einmal || ja
|-
| Register || +++++++++ || + || beliebig oft || nein
|-
| F-RAM||++++||+++||beliebig oft||ja
|}

{| {{Tabelle}}
|+ '''Speicher'''
|- style="background-color:#ffddcc"
! Typ || Geschwindigkeit || Größe || Schreibzugriffe || Datenerhalt ohne Spannung
|-
| RAM || ++++ || ++++ || beliebig oft || nein
|-
| EPROM || + || +++ || ~1000 || ja
|-
| EEPROM || + || +++ || 10.000-1.000.000 || ja
|-
| FLASH-ROM || ++ || +++++ || 1000-10.000 || ja
|-
| OTP-ROM || + || +++ || einmal || ja
|- style="background-color:#ddffcc"
| Register || +++++++ || + || beliebig oft || nein
|-
| EEEPROM || + || + || nie || ja
|-
| F-RAM||++++||+++||beliebig oft||ja
|}

== sortierbar ==

Um sortierbare Tabellen zu erhalten fügt man statt class="wikitable" folgendes ein: class="wikitable sortable".

{| class="wikitable sortable"
|+ '''Tabellen-Überschrift'''
|-
! Überschrift links || Überschrift rechts
|-
| links oben || rechts oben
|-
| links mitte || rechts mitte
|-
| links unten || rechts unten
|}

== Stückliste ==

{| class="wikitable sortable"
|+ '''verwendete Bauteile'''
|-
! rowspan="2" | Name || rowspan="2" | Wert || rowspan="2" | Beschreibung || rowspan="2" | Reichelt Bestell-Nr. || Einzel- Preis || colspan="6" | Mengen und Preise
|-
! || colspan="2" | 5V only || colspan="2" | 3V3 only || colspan="2" | 5V & 3V3
|-
|IC1, (IC3) || LT1933 || LT1933S6 || LT 1933 ES6 || 2,80 € || 1 || 2,80 € || 2 || 5,60 € || 1 || 12,80 €
|}

= svg-Grafik =

[[Bild:Vekfont_1-3.svg|thumb|left]]

{{Clear}}

= Quellcode =

== AVR-asm ==

<syntaxhighlight lang="avrasm">
; asm-Kommentar (ok)
// Kommentar über 1 "Zeile" (nicht ok)
/*
Kommentar über; 2 Zeilen
(auch nicht ok)
*/
</syntaxhighlight>

== C-Code ==

<syntaxhighlight lang="c">main(){

mark:

if(1){
goto mark; }

}</syntaxhighlight>

<source lang="c">main(){

mark:

if(1){
goto mark; }

}</source>

= Warnung =

{{Warnung |
;Warnung: Mikrocontroller machen viel zu schnell süchtig. Also hören sie damit auf und schmeißen sie die in die Waschmaschine!
}}

= Bits und Bytes =

{{Byte ||
REFS1 | REFS0 | ADLAR || MUX3 | MUX2 | MUX1 | MUX0
}}

{{ByteNumbered |ADMUX |
REFS1 | REFS0 | ADLAR || MUX3 | MUX2 | MUX1 | MUX0
}}

{{ByteNumbered ||
REFS1 | REFS0 | ADLAR || MUX3 | MUX2 | MUX1 | MUX0
}}

{{ByteWithValues |ADMUX
|REFS1 | REFS0 | ADLAR |–|MUX3|MUX2|MUX1|MUX0
|1 | 0 | 0 | 0 |X |X |X |X
}}

= Referenzen =

Beobachtungen des Weltraumteleskops Hubble ergaben, dass sich die Monde des Uranus dem Planeten nähern.<ref name="PopularScience">''Popular Science''. 12, 2005, S. 12.</ref> Bislang lehnten die Marsianer<ref>Walter Ismeni: ''[http://www.quarks.de/themendossiers/weltraum/html-version/sind-wir-allein-im-universum/die-marsianer Die Marsianer in der Phantasie der Menschen]''. In: ''Quarks&Co''. 3, 2006.</ref> eine Stellungnahme zu diesem Vorgang ab.<ref name="PopularScience" /> Man kann sogar selbst nach den Marsianern suchen.<ref>RRZN: ''http://www.metager.de/''. Stand 30. April 2006.</ref><ref>Der Sinn dieses Textes ist umstritten. Ebenso das Einbinden von Anmerkungen.</ref>

= Einzelnachweise =

<references/>

[[Kategorie:Tipps für Autoren]]

= Test für defekte GIF =
[[Datei:Entprellung mit IIR-Filter.gif|thumb|Test]]

: Mann, Mann, jetzt hat es das Wunder-Gif schon in ein Admin Wiki geschaft.

Leistungselektronik

2015-01-03T22:32:42Z

Elektrojunge: Formatierung überarbeitet

Dieser Artikel ist der Einstiegspunkt zu einer Reihe von weiteren Beiträgen, die alle das Thema "Leistungselektronische Systeme" als Hintergrund besitzen. Weiterführende Details und Ergänzungen findet man in den verlinkten Artikeln wie [[IGBT]], [[FET]], [[TRIAC]], [[Kühlkörper]], [[Treiber]], [[Zwischenkreiskapazität]], [[Mosfet-Übersicht]].

In diesem Artikel geht es hauptsächlich darum einen Überblick über das "System" zu schaffen und diverse Grundlagen und Begriffe zu definieren.

== Was versteht man unter "Leistungselektronik"? ==
Unter dem Begriff "Leistungselektronik" versteht man alles, was mit Steuerung, Umformung oder dem Schalten von elektrischer Energie mit elektronischen Bauelementen zu tun hat. Dies beginnt bereits bei wenigen 100mA und wenigen Volt, reicht aber bis zu mehreren 100kV und mehreren 1000A. Bei kleineren Spannungen und Strömen besteht die Herausforderung nicht in den absoluten Werten selbst, sondern in der Umformung mit einem besonders hohen Wirkungsgrad und mit möglichst geringen EMV-Abstrahlungen.

Leistungselektronik bzw. leistungselektronische Systeme bestehen immer aus einem Steuerungs- bzw. Regelteil, und dem Leistungsteil selbst. Dieses Leistungsteil - oft auch als "Leistungselektronik" bezeichnet - besteht selbst wieder aus mehreren Komponenten, die aber '''immer''' aufeinander abgestimmt sein müssen.

== Sicherheitsvorkehrungen ==
Jeder der in diesem Bereich arbeitet muss sich über die Gefahren, die von hohen Spannungen (ab 50V_ac und ca. 60V_dc {offiziell 120V_dc}), hohen Strömen oder hohen Energien (z.B. aus einem Kondensator) ausgehen, informieren und entsprechende Sicherheitsvorkehrungen treffen.
Ab ca 12V zündet ein Lichtbogen und verlischt anschließend.
Ab ca. 20V bleibt ein Lichtbogen nach der Zündung stehen, bis die Spannung unter die Lichtbogenbrennspannung - die abhängig von der Lichtbogenlänge ist - fällt.
Auch bei einer einmaligen Entladung (z.B. aus einem Kondensator) kann so viel Energie in dem Brennmoment enthalten sein, daß flüssiges Metall durch die Gegend geschleudert wird.
Die Verwendung eines Trenntrafos und einer Schutzbrille - letzteres speziell für Messungen mit dem Oszi direkt am Testobjekt - sollte auch schon bei geringen Leistungen zur Standardausrüstung gehören, bei größeren Leistung auch ein Gehörschutz.

== Bestandteile eines leistungselektronischen Systems ==
Zum Leistungsteil gehören immer:
# Leistungshalbleiter ([[FET]], [[Mosfet-Übersicht]], [[IGBT]], [[TRIAC]])
# Kühlung für den Leistungshalbleiter über [[Kühlkörper]]
# [[Zwischenkreiskapazität]]
# Niederinduktiver Aufbau zwischen Zwischenkreiskondensator und Leistungshalbleiter
# Ansteuerschaltung = [[Treiber]]
# Spannungsversorgung für den Treiber

Optional können noch eine separaten HS-Energieversorgung, ein Strom- bzw. Spannungssensor, sowie ggf. eine Potentialtrennung der Ansteuersignale von der Regeleineheit zum Treiber mit dazugehören.

'''Warum sind diese Komponenten immer Bestandteil einer leistungselektronischen Anwendung, und auf was ist zu achten?'''

=== Leistungshalbleiter ===
Der Leistungshalbleiter selbst ist der eigentliche Schalter. Hier gibt es verschiedene Typen/Arten von Halbleitern, die wichtigsten werden in den entsprechenden Kapiteln ([[FET]], [[Mosfet-Übersicht]], [[IGBT]], [[TRIAC]]) genau erläutert.
Als kleine Zusammenfassung kann gesagt werden, daß sich ''nicht abschaltbare'' Bauteile wie TRIACs normalerweise ausschließlich für das Schalten von Wechselstrom (AC) eignen, und ''abschaltbare'' Bauteile wie [[FET]] und [[IGBT]] ihre Stärken bei Gleichstrom (DC) ausspielen. FETs werden meist für Spannungen bis zu ca. 200V, und schnelles und häufiges Schalten >30..50kHz eingesetzt. IGBTs hingegen sind für Schaltfrequenzen bis zu typisch 10..12kHz, (selten bis zu 30kHz) und für Spannungen größer ca. 150V optimal eingesetzt. (FETs und IGBTs können auch schneller schalten, jedoch sinkt dann der Wirkungsgrad.)Vom FET existieren im Bereich Leistungselektronik zwei Haupttypen, der N-Kanal- und der P-Kanal FET. Details im entsprechenden Kapitel nur soviel Vorweg: Bei Anwendungen über ca. 30-40V oder mit hohen Strömen ist es sowohl bezüglich Kosten, als auch bezüglich Verluste und Auswahlmöglichkeiten sinnvoll zu prüfen, ob ein N-Kanal Typ mit seiner etwas aufwändigeren Ansteuerung bzw. Energieversorgung nicht doch Sinn macht. In industriellen Anwendungen wird der P-Kanal Typ nur relativ selten verwendet.
-

=== Kühlung für den Leistungshalbleiter ===
Leider läßt sich Energie nicht zu 100% verlustfrei konvertieren. Diese Verluste werden hauptsächlich in Form von Wärme abgestrahlt. Damit der (teure) Leistungshalbleiter die gewünschte Lebensdauer erreicht bzw. nicht überhitzt und damit zerstört wird, muß die Verlustenergie in irgend einer Art und Weise über einen [[Kühlkörper]] abgeführt werden.

Nur zum Vergleich: Eine 17cm durchmessende Herdplatte mit einer Leistung von 1000W hat eine Leistungsdichte von ca. 4,5W/cm². In unseren PCs - zur Kühlung der CPU - sind 50..70W/cm² übliche Werte. Die meisten Applikationen mit Leistungshalbleitern übersteigen die Leistungsdichte unserer Herdplatten bei weitem.

Diese Kühlung von nennenswerten Leistungen erfolgt fast ausschließlich durch Wärmeleitung und immer auch in Form von Wärmestrahlung. Bei sehr kleinen Verlustleistungen und hohen Temperaturdifferenzen vom Halbleiter zur Umgebungsluft ist die Ableitung durch Abstrahlung in die Luft (natürliche Konvektion) und Ableitung durch Wärmeleitung in die Platine ohne einen zusätzlichen Kühlkörper oft ausreichend. In Datenblättern findet man 50..75 K/W (ja = junction to ambient) vom Halbleiter zur Umgebungsluft, was bedeutet, daß man ca. 1W ohne Kühlkörper abführen könnte, da sich der Kühlkörper pro Watt um die genantnen 50..75K erwärmt. Für höhere Leistungen muß der Halbleiter auf einen Luftkühler z.B. [[Kühlkörper]] bzw. bei höchsten Leistungsdichten auf einem Wasserkühler montiert werden. Dies wird genauer im Kapitel "Kühlung von Leistungshalbleitern" beschrieben.

=== Zwischenkreiskapazität ===
Die [[Zwischenkreiskapazität]] ist der Energiepuffer der Anwendung, und muß mindestens ein Umschalten der Leistungsendstufe puffern können.
Da jede Leitung/Verbindung eine Induktivität darstellt, ist in 99,9% aller Fälle die Energiequelle technisch gesehen "weit" von der Last entfernt, heißt: die Quelle ist nicht direkt, sondern über je eine Induktivität in Hin- und Rückleitung, mit dem Schalter verbunden. Diese Induktivitäten führen zu einem Spannungseinbruch beim schalten, und genau '''dieser''' Spannungseinbruch muß durch den Zwischenkreis minimiert werden.
Die Zwischenkreiskapazität - die stets in ''geringst möglichen Abstand'' zum Leistungsschalter positioniert werden muss - dient also der Kompensation der Leitungsinduktivitäten. Die Anbindung mit geringst möglicher Induktivität ist entscheidend über die Funktion der Leistungselektronik. Je besser diese Anbindung, desto näher kann man mit der Spannungsfestigkeit des Leistungsschalters an die maximale Spannung der Energiequelle heran. Anders gesagt: Die Spannungsreserve ist umgekehrt proportional zum technischen Niveau des Entwicklers ;-).

=== Niederinduktiver Aufbau zwischen Zwischenkreiskondensator und Leistungshalbleiter ===
Da eine zu hohe Leitungsinduktivitäten zwischen Leistungshalbleiter und Zwischenkreiskondensatoren beim Schaltbetrieb zu hohen Spannungsspitzen führt - die gegebenenfalls den Leistungshalbleiter zerstört - muss der Abstand und damit die ''Induktivität'' zwischen Zwischenkreiskondensator und Halbleiter so kurz wie möglich gehalten werden. Natürlich ist dies nicht immer optimal möglich, daher sind Möglichkeiten wie verdrillen von + und GND sowie das Parallelschalten von mehreren, gegeneinander isolierten Litzen mit geringerem Durchmesser oft sinnvoll. An dieser Stelle ist ein technisch optimales Design die erste Priorität, und erst dann Bauraum oder Kosten. Aus diesem Grund ist diese so simpel kingende Verbindung zwischen Zwischenkreis und Leistungsschalter hier als separates Bauteil aufgeführt

=== Ansteuerschaltung = Treiber ===
Um den Leistungshalbeiter kontrollieren zu können ist eine Ansteuerschaltung, der [[Treiber]], erforderlich. Der Treiber hat die Aufgabe das Ansteuersignal mit Logikpegel zum Schalten des Leistungshalbleiters umzusetzen. Hierbei sind verschiedene Anforderungen einzuhalten. Das Ansteuersignal besitzt einen fast beliebigen Logikpegel und könnte eine beliebige Flankensteilheit aufweisen. Gängige Treiber-ICs verfügen also über einen weiten Eingansspannungsbereich - z.B. 3-15V - und einer Schmidt-Trigger Funktionalität um das Signal aufzubereiten. Des Weiteren darf ein GND-Versatz von einigen, wenigen Volt zwischen Ansteuer-Controller und Leistungs-Ground - der von hohen Strömen hervorgerufen wird - nicht zu plötzlichen und ungeplanten Umschaltungen - oder zur Verhinderung von Umschaltungen - führen. Dieser Ground-Versatz ist übrigens eine der häufigsten "Herausforderungen" im Schaltungsdesign von Leistungeelektronik. Die wichtigste Aufgabe des Treibers ist jedoch das Ein- und Ausschalten des Leistungshalbleiters innerhalb einer definierten Zeit. Dazu muss der Treiber den zum Schalten erforderlichen Strom liefern können, und dies auch noch auf dem Potential, das der Leistungshalbleiter benötigt.
Damit der [[Treiber]] diese Aufgabe erfüllen kann, benötigt er die zum Schalten erforderliche Energiemenge. Diese Energie wird normalerweise aus einer anderen Quelle als der Leistungsstromversorgung bezogen und sinnvollerweise in einem Keramikkondensator gespeichert. Ist nur eine Quelle vorhanden ist auf eine gute Entkopplung der Treiberspannungsversorgung von der Leistungsquelle zu sorgen, z.B. durch einen Vorwiderstand von wenige Ohm und einem schnellen Kondensator, gegebenenfalls auch gestaffelt.
{{Absatz}}

== Schaltungstopologien ==
In diesem Kapitel werden die am häufigsten verwendeten Schaltungstopologien in der Leistungselektronik dargestellt, und kurz besprochen:

[[Bild:Beispiel_Schaltungstopologien.png|miniatur|left|900px|Darstellung der wichtigsten Schaltungstopologien]]

;Low-Side–Schalter: Der Halbleiter schaltet eine Last gegen GND – auch als ''LS-Schalter'' bezeichnet. Die Last ist fest mit der Versorgungsspannung verbunden. Der Treiber kann hier zwar direkt an GND geschaltet werden, jedoch ist bis zum Verbindungspunkt auf eine strikte Trennung zwischen Leistungs-GND und Signal-GND, genauso wie an möglichst direkte Anbindung an den Bezugspunkt (direkt an Source bzw. Emitter) zu achten.

;High-Side–Schalter: Der Halbleiter schaltet eine Last an die Versorgungsspannung – auch als ''HS-Schalter'' bezeichnet. Die Last ist fest mit GND verbunden. Hier wird der Treiber nicht mit GND verbunden, jedoch trotzdem möglichst direkt mit der Source/Emitter des Bauteiles. Die Energieversorgung für den HS-Treiber erfolgt entweder über Bootstrap, oder über einen isolierten DCDC Wandler. Diese Art eines Schalters findet sehr häufig Anwendung z.B. im Kfz, da dort GND praktisch überall vorhanden ist, und keinen separaten Rückleiter erfordert.

;Halbbrücke: Eine Kombination aus LS-Schalter und HS-Schalter, die an der Verbindungsstelle zwischen LS- und HS-Schalter einen gemeinsamen Anschluß, den "Mittelpunkt" aufweist. Dadurch ist es möglich die Last entweder mit der Energiequelle, oder mit der Leistungs-GND zu verbinden. Besonders wichtig ist hier, daß zwischen dem Ausschalten des einen Schalters und dem Einschalten des anderen Schaltes eine minimale Zeit vergehen muß. Diese Zeit muss absolut sicherstellen, daß zu keinem Zeitpunkt BEIDE Schalter gleichzeitig leitend sind. Moderne Halbbrücken-Treiber ICs haben diese sogenannte "shoot-through protection" bereits eingebaut. Ansonsten läßt sich die Funktion auch extern nachrüsten, sogar eine RCD-Kombination ist hier möglich. Hierbei wird das Ansteuersignal zum IC beim Einschalten über RC verlangsamt, der Widerstand jedoch beim Ausschalten mit einer Diode überbrückt, und daher praktisch ohne Verzögerung abgeschaltet.

;H-Brücke: Zwei Halbbrücken mit gleicher Energiequelle. Die Last ist hier zwischen den beiden Mittelpunkten der Halbbrücken geschaltet, und kann dadurch sowohl in der eine, als auch in der andere Richtung durchflossen werden. Diese Anordnung wird oft verwendet um DC-Motoren zu steuern, und die Richtung zu wählen. Bezüglich der Treiber ist zu beachten, daß die beiden HS-Treiber jeweils eine getrennte Stromversorgung erfordern, was durch Bootstrap automatisch gegeben wäre. Das Bezugspotential der LS-Schalter ist zwar - wenn beim Design berücksichtigt - halbwegs gleich, der Sourceanschluß des linken HS-FETs liegt jedoch im Wechsel mit dem Sourceanschluß des rechten HS-FETs abwechslend auf GND und der Ausgangsspannung der Energiequelle. Des Weiteren gelten die o.g. genannten Randbedingungen zur Anordnung der Halbbrücke.

;Vollbrücke: Drei Halbbrücken mit gemeinsamer Leistungsquelle die eine dreiphasige Last - meist einen Motor - ansteuern. Des Weiteren gelten die o.g. genannten Randbedingungen zur Anordnung der Halbbrücke oder der H-Brücke.

Eines haben diese Schaltungsanordnungen gemeinsam: Durch PWM kann die fliesende Leistung (fast) stufenlos zwischen 0% und 100% geregelt werden. Bei einer 8-Bit PWM z.B. in 256 Stufen.
{{Absatz}}

== GND ist nicht gleich GND ==
So mancher kennt vermutlich das Problem einer Mikrocontrollerschaltung mit einem AD-Wandler. Wenn das Ergebnis der AD-Wandlung noch halbwegs der Realität entsprechen soll, dann müssen einige Vorsichtsmaßnahmen ergriffen werden. Neben der Abschirmungsproblematik ist es auch sinnvoll auf eine sorgfältige Trennung von Analog-GND zu Digital-GND zu achten. (Jaa Hubert L., aber hier reicht es noch ;-) )
Natürlich gibt es vielfältige Maßnahmen dies sicherzustellen, das zu diskutieren bzw. die "Beste Lösung" zu finden ist jedoch nicht Ziel dieses Artikels.

Ein sehr ähnliches Problem gibt es hier im Leistungsteil mit der Signal-GND (Signal vom und zum Treiber) und der Leistungs-GND (Hauptstrompfad).
Diese zwei GNDs (Signal-GND vom Treiber und Leistungs-GND vom Halbleiter) dürfen nur an einem Punkt miteinander verbunden werden, und zwar direkt am Anschlußpunkt von Source bzw. Emitter des Leistungsbauteiles selbst. In den Stromlaufplänen des Artikels "Treiber" wird auffallen, daß der GND Anschluß des Treibers nicht irgendwo an Leistungs-GND angebunden ist, sondern möglichst direkt am Halbleiter.

Der Grund ist sehr einfach erklärt: '''GND-Versatz.'''

Hier geht es jetzt nicht um den ohmschen d.h. statisch, dem Strom folgenden, Spannungsabfall zwischen Source bzw. Emitter und dem Verbindungspunkt der beiden GNDs, sondern um den dynamischen durch die Induktivität von ein paar '''ZENTIMETER''' Leitung. Dieser Spannungsabfall steht dann nicht mehr zur Verfügung, um den [[FET]] / [[IGBT]] anzusteuern, da er der U_GS entgegen wirkt. {{Absatz}}
Bezüglich "ohmscher Anteil": bei 500A und 1mOhm sind das nur 0,5V, eigentlich vernachlässigbar, und ein guter Entwickler läßt sowieso etwas Luft.
Nehmen wir jetzt aber den induktiven Spannungsabfall, den wir gemäß dU = -L * dI / dt berechnen.
Drei Zentimeter Leiterbahn haben eine Aufbau abhängige parasitäre Induktivität von ca. 20..30nH.
Werden 125A in 250ns geschaltet bedeutet dies eine Stromsteilheit von 500A/µs. (Auch 6..10kA/µs sind keine Seltenheit!). Bei 500/µs und 20nH entsteht in ''drei Zentimeter'' Leiterbahn bei ''jedem'' Schalten eine Selbstinduktionsspannung von -20nH·500A/1µs = ''-10V.''
Was das bedeutet, wenn die GS-Ansteuerspannung ''um'' 10V reduziert wird, kann sich sicher jeder denken, der Halbleiter schaltet überhaupt nicht mehr, oder wird ggf. im Linearbetrieb eingesetzt und damit sofort heiß bzw. zerstört. Des Weiteren verkraften die meisten, guten Treiber-ICs am Gateausgang eine Spannung von maximal 5V unter dem Bezugs-GND-Potential. Wird die Spannungsdifferenz etwas größer, tritt "magischer Rauch" aus, und wir brauchen wieder einen "neuen Timmy".

Das Thema der "parasitären Induktivitäten" begegnet uns wieder beim Thema ''"Niederinduktiver Aufbau zwischen Zwischenkreiskondensator und Leistungshalbleiter"''. Dort tritt eine vergleichbare Stromsteilheit auf, die Induktivität der Verbindungen zwischen Kondensator und Leistungsschalter ist jedoch höchsten größer, aber nicht so einfach zu beheben wie bei der [[Treiber]]-GND durch Anschluss an der richtigen Stelle.
{{Absatz}}

== Begriffsdefinitionen ==
;Stromsteilheit: dI/dt = Änderung des Stromes über der Zeit z.B. 100A in 1µs = 100A/µs

;PWM: [[Pulsweitenmodulation]]: Durch Variation des Verhältnisses der Ein- und Ausschaltzeit entsteht bei gleicher Grundfrequenz ein Rechtecksignal mit variablem Verhältnis der Ein =1 zur Aus = 0 Zeit. Dies nennt man auch das "Tastverhältnis". Dieses Signal kann auch zur Leistungssteuerung verwendet werden, indem z.B. eine 1000W Heizung die auf 400W laufen soll zu 40% ein-, und zu 60% ausgeschaltet ist. Mit dieser Ansteuerung können beliebige Signalformen realisiert werden, sofern eine für die Schaltfrequenz geeignete Filterung erfolgt. Beim Motor (H-Brücke oder Vollbrücke) wird diese Filterung durch die Induktivität der Motorwicklung erreicht, sodaß der Strom nur mehr einen kleineren Stromrippel in etwa in Form eines Dreiecks aufweist.

;Tastverhältnis: Das Verhältnis t_ein / (t_ein + t_aus) bezeichnet man als Tastverhältnis. (engl. Duty Cycle, daher oft abgekürzt DC, Achtung: bitte nicht mit Direct Current = Gleichstrom verwechseln). Das Tastverhältnis ist eine Zahl zwischen '0' und '1'.

;Brückenkurzschluss:
;Querstrom:
Dies wird meist verursacht durch gleichzeitiges oder überlappendes Schalten von HS- und LS-Schalter (oder einem defekten Schalter auf den "aufgeschaltet" wird). Moderne integrierte Treiber stellen durch eine intern erzeugte "Totzeit" sicher, daß dieser Fall des überlappenden Schaltens im Umschaltmoment nie eintritt. Bei einem Selbstbau-Treiber ist diese Funktionalität Pflicht.
Gibt es diese "Totzeit" nicht, oder liegt in einem der Leistungshalbleiter ein Defekt vor steigt der Strom Aufgrund der geringen Induktivität in einem solchen Lastkreis leicht auf mehrere 1000A, und kommt einem Kurzschluß der Leistungsquelle gleich. Wird ein solcher Kurzschluß wie üblich schnell abgeschaltet, zerstören die dabei entstehenden Überspannungen die Schalter meist sofort.

Im Kleinleistungsbereich (Modellbau) lassen sich auch brückenkurzschluss-sichere Endstufen aus emittergekoppelten Komplementärtransistoren aufbauen. So ähnlich wie bei Lautsprecher-Endstufen. Stichwort: "Digitale Komplementärendstufe mit Potenzialversatz", dies bietet jedoch schaltungstechnisch keinen wirklichen Vorteil. Eine "echte" Treiberstufe mit Totzeit - egal ob diskret aufgebaut (Laufzeitverzögerung mit RC), mit RCD-Bestückung am Gate, oder im Treiber-IC integriert - ist "State of the Art".

== Parallelschalten von Leistungstransistoren==
FETs und IGBTs lassen sich relativ einfach parallelschalten, wenn ein paar wenige Grundsätze beachtet werden:
# Jeder Transistor bekommt einen eigenen Gate-Vorwiderstand bzw. eine eigene R||RD Beschaltung (Gatebeschaltung).
# Die Leistungsanbindung an Drain und Source – hier zählt "mOhm" und "nH" - wird symmetrisch aufgebaut, ähnlich einem "hydraulischen Abgleich" bei Heizungssystemen.
# Die Schleife "Kondensator — FET — Kondensator" wird minimiert.
# Die Gatebeschaltung wird möglichst nahe am Gate- und Source-Anschluß angebracht und bezüglich Induktivität (Leitungslänge)bis auf ca +/-20% symmetriert. Die Zuleitung zu den Gatebeschaltungen ist unkritisch''er''.
# Jedes Bauteil wird bezüglich Spannungsfestigkeit und Stromtragfähigkeit mit größerer Sicherheitsreserve als sonst üblich dimensioniert, denn trotz der hier genannten Maßnahmen können Asymmetrieen auftreten.

Sollten auf den Gateleitungen Schwingungen zu beobachten sein, kann es helfen, in ''jede'' Verbindung von Gatetreiber-Source zum Sourceanschluß des Schalters je einen Widerstand zu integrieren. Der Wert kann ist stark vom geschalteten Strom abhängig, und kann in erster Näherung so dimensioniert werden, daß an diesem Widerstand eine Spannung von ca. 1V abfällt. Dieser Spannungsabfall wirkt einer steigenden Gatespannung entgegen, und reduziert damit dI/dt am jeweils schnellsten Transistor. Achtung auf die Verlustleistung dieses Widerstandes.
Sinnvoller ist jedoch das Design hinsichtlich parasitäer Induktivitäten und Kapazitäten zu prüfen und ggf zu optimieren.
{{Absatz}}

== Kühlung der Leistungshalbleiter ==
[Anmerkung des Autors: Sollte ein Kenner dieses Thema (Falk?) die Zeit und Muse haben diesen Teil des Artikels '''sinnvoll''' in den wirklich schon guten Artikel [[Kühlkörper]] zu integrieren und hier zu verlinken, wäre ich dankbar ;-) die Zeit dafür habe ich im Moment nicht]

Beim Betrieb von Leistungshalbleitern wird Wärme erzeugt. Dies geschieht sowohl im eingeschalteten Zustand, als auch bei jedem Ein- und Ausschalten.
Um eine Überhitzung und damit eine Zerstörung des Bauteiles zu verhindern muss diese Wärmeenergie entsprechend abgeführt werden. Ab einer Verlustleistung von ca. 1W ist es nicht mehr ausreichend wenn das Bauteil diese Energie nur abstrahlt, bzw. über Leitungen abführt. Am häufigsten werden diese Bauteile auf einen [[Kühlkörper]] geschraubt oder geklemmt, selten geklebt.

Sowohl die Oberfläche des Kühlkörpers als auch des wärmeerzeugende Bauteiles sind nicht eben und weisen eine gewisse Rauhigkeit auf. Dies bedeutet, dass sich die zwei Oberflächen nur punktuell berühren (meist nur mit wenigen Prozent der Gesamtfläche) und nicht auf der gesamten Fläche, für eine wirklsame Kühlung ist "Fläche" jedoch das "A und O".

Luft hat eine sehr schlechte Wärmeleitfähigkeit und die Luft, die zwischen den zwei Oberflächen liegt, verhindert eine Wärmeleitung zwischen den zwei Teilen sehr effektiv. Als Daumenwert kann man sagen, dass 1µm Luft in etwa einem absoluten Wärmewiderstand von ca. 1K/W entspricht... jedoch wird es sich nur in den seltensten Fällen nur um einen Mikrometer handeln, sondern meistens deutlich mehr.

=== Wärmeleitmaterialien ===
Diese Materialien verbessern die thermische Anbindung zwischen einem Bauteil, das Wärme erzeugt, und dem Bauteil, das diese Wärme durch Wärmeleitung in ein Kühlmittel (Luft oder Wasser) abführt. Diese Materialien werden zwar "Wärmeleit" -Folie bzw. -Paste genannt, leiten die Wärme jedoch nicht besonders gut...aber immer noch um mindestens den Faktor 100 besser als Luft... und genau das ist der Grund, warum diese verwendet werden müssen. (Kupfer leitet Wärme um den Faktor 15400 besser als Luft) Die Pasten enthalten meist Öle bzw. Wachse und Fette als Bindemittel und zur besseren Wärmeleitung Metalloxide bzw. Metall- oder Kohlenstoffpartikel als wärmeleitende Füllstoffe.
Der "''vielfach'' punktuelle" Kontakt von Bauteil und Kühlkörperoberfläche ist für eine optimale Anbindung sehr wichtig, da über diese kleinsten Kontaktpunke sehr viel Energie abgeführt werden kann. Daher ist es bei Verwendung von Paste essentiell, die Paste "möglichst dünn" aufzutragen, und den Überschuß, der den direkten Kontakt von Bauteil und Kühlkörper möglicherweise verhindern könnte, herauszupressen. Die Paste soll nur die Luft dazwischen ersetzen, und nicht eine durchgehende Schicht erzeugen(!).

Besondere Beachtung finden die Wärmeleitfolien, die auf beiden Seiten eine thermisch leitfähige, wachsartige Beschichtung aufweisen. Diese Beschichtung schmilzt unter Wärmeeinwirkung auf und füllt die Spalten zwischen den Oberflächen besonders gut. Folien dieser Art werden ''Phase Change Material'' genannt. Auf Grund der Tatsache, daß das Material aufschmilzt, ist es erforderlich nach dem ersten Schmelzprozess den ursprünglich Anpressdruck des Bauteiles auf dem Kühlkörper durch nachspannen wieder herzustellen. Achtung: ''Vor'' dem Aufheizen und Nachspannen hat die Wärmeleitfähigkeit noch nicht die möglichen Minimalwerte erreicht. Zum Teil ist die Wärmeanbindung noch um Faktoren schlechter, daher beim ersten Einschalten noch nicht voll belasten.

Hier eine Übersicht über die Wärmeleitfähigkeit von verschiedenen Materialien:

:{| class="wikitable" style="text-align:left"
|-
! Material || Wärmeleitfähigkeit [W/(m·K)] || Kommentar
|-
|Kupfer || 370 || schwankt zwischen ca. 350..400
|-
|Aluminium || 220 ||
|-
|Stahl || 50 || hochlegierte Stähle <20
|-
|Eisen || 80||
|-
|Silber || 430 ||
|-
|Zinn || 67 ||
|-
|Blei || 35||
|-
|Wärmeleitpasten || 3..10 ||
|-
|Luft || 0,024 ||
|-
|Wasser || 0,6||
|-
|Öl || 0,15||
|-
|}

Hier eine Übersicht über die Wärmeleitfähigkeit von ''ausgewählten'' Isolierfolien. Wenn jemand gute und bezahlbare Folien findet/kennt, bitte hier mit allen Daten angeben, um dem Nutzer die Entscheidung zu erleichtern:

:{| class="wikitable" style="text-align:left"
|-
! Material || Wärmeleitfähigkeit [W/(m·K)] || Größe / Menge ||Bezugsquelle || ungefähre Kosten
|-
|WÄRMELEITFOL.86/82 ROT ||6,5 ||100×;100×0,25mm || C|| 14€
|-
|}
;Hinweis: Die Wärmeleitfähigkeit von Folien bezieht sich ausschließlich auf die Folie selbst. Selbst unter besten Bedingungen wird man die genannten Werte nicht erreichen, da durch den Übergang vom Bauteil in die Folie und von dort in den Kühlkörper ein zusätzlicher Wärmewiderstand entsteht. Eine Verschlechterung von ca. 30% oder mindestens 0,5K/W bei einem TO220-Bauteil ist zu erwarten.

Hier eine Übersicht über die Wärmeleitfähigkeit von ''ausgewählten'' Wärmeleitpasten. Wenn jemand gute und bezahlbare Pasten findet/kennt, bitte hier mit allen Daten angeben, um dem Nutzer die Entscheidung zu erleichtern:

:{| class="wikitable" style="text-align:left"
|-
! Material || Wärmeleitfähigkeit [W/(m·K)] || Größe / Menge ||Bezugsquelle || ungefähre Kosten
|-
|Artic Silver ||8,9 || 3,5g || C || 13,95€
|-
|Standard Pasten auf Silikonbasis ||3,0|| 3g..150g|| C / Rei / ... || wenige €/g
|-
|}

Montagerichtlinien:
Die so beliebten Bohrungen in eine blanken Kühlfahne des Transistors wie z. B. beim TO-220 Gehäuse suggerieren eine fantastisch einfache Montierbarkteit. Wird die Schraube aber nur ein klein wenig zu fest angezogen, verformt sich das Kupfer der Kühlfahne und sorgt dafür, dass sich der Kunststoff umpresste Teil des Transistors ein klein wenig abhebt. Dies hat eine deutlich schlechtere Wärmeanbindung zur Folge. Die isolierte Bohrung bei vollständig umspritzten – nicht zu verwechseln mit auch auf der Rückseite isolierten – Bauteilen umgeht dieses Risiko, genauso wie der nachfolgende Montagevorschlag.
* Bei hohen Verlustleistungen ist zu empfehlen, das Bauteil gegenüber der Stelle aufzupressen, an der die Verlustleistung entsteht, also direkt auf dem Kunststoff des Transistors über dem Chip.
* Werden mehrere Bauteile parallel auf dem Kühlkörper montiert sollte zwischen den Bauteilen ''mindestend'' soviel Abstand vorgesehen werden, wie die Breite des Bauteiles beträgt. Dies vermindert die gegenseitige, thermische Beeinflussing der Bauteile und ermöglicht eine bessere Wärmeabfuhr
* Zur Montage mehrerer Bauteile eignet sich eine Metallschiene die direkt auf den Kunststoff drückt sehr gut. Zwischen ''jedem'' Bauteil ist ein Verschraubungspunkt vorzusehen, damit jedes Bauteil gleichmäßig aufgedrückt wird.
* Vor dem Aufbringen der Paste/Folie sowohl Bauteil als auch Kühlkörper mit Alkohol reinigen.
* Die Wärmeleitwerte für eine Paste beziehen sich auf eine meist nicht genannte aber trotzdem ''minimale'' Schichtdicke. Diese gelingt relativ reproduzierbar, wenn die Paste mit einem flachen Gegenstand (Rasierklinge, Lineal, ...) aufgebracht, verteilt und vorsichtig abgezogen wird, sodass nur eine ''dünne'' Schicht auf dem [[Kühlkörper]] verbleibt. Dies erfordert einige Übung. Paste aufhäufeln, Bauteil eindrücken und befestigen erzielt bei weitem nicht die optimale Kühlleistung.
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== Zusätzliche Hinweise ==
Anregungen oder Fragen auch gerne per Email an [http://www.mikrocontroller.net/user/show/powerfreak Powerfreak]. Dieser Artikel kann dadurch regelmäßig erweitert und ggf. durch ein FAQ ergänzt werden.
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== Siehe auch ==
* [[Mosfet-Übersicht]]
* [[IGBT]]
* [[FET]]
* [[TRIAC]]
* [[Kühlkörper]]
* [[Zwischenkreiskapazität]]
* [[Treiber]]

[[Kategorie:Bauteile]]
[[Kategorie:!Hauptkategorie]]
[[Kategorie:Leistungselektronik]]

TRIAC

2015-01-03T17:54:37Z

Elektrojunge: /* Phasenanschnittsteuerung: */ Doppelpunkt in Überschrift entfernt

Dieser Artikel versteht sich als Unterpunkt zum Artikel [[Leistungselektronik]].

Ein '''Triac''' ist ein Schalter, der – einmal "gezündet" (angesteuert) – auch ohne weitere Ansteuerung in einem leitenden Zustand bleibt, bis der im Datenblatt spezifizierte "Haltestrom" unterschritten wird. Bei Wechselspannung ist dies spätetens im Nulldurchgang des Stroms der Fall.

[[Bild:Triac1.png|miniatur|rechts|350px|Schematische Darstellung eines TRIAC mit den drei Anschlüssen A1 (Anode 1), A2 (Anode 2) und G (Gate]]

==Einleitung==

Ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Triac TRIAC] besteht vereinfacht gesagt aus der Zusammenschaltung von zwei [http://de.wikipedia.org/wiki/Thyristor Thyristoren]. Damit können beide Polaritäten der Wechselspannung geschaltet werden. Real besteht der Triac nicht einfach aus zwei antiparallel geschalteten Thyristoren, daher ist sein Aufbau leicht asymmetrisch. Als Folge davon erfolgt die Zündung des Triacs stets zwischen G und '''A1'''. Die Höhe des erforderlichen Zündstromes ist dem Datenblatt zu entnehmen.

===Vorteile eines TRIAC===

* beide Polaritäten - also Wechselspannung - mit einem Bauteil schaltbar, im Gegensatz zum Thyristor/FET/IGBT
* Betriebsspannungen bis ca. 1kV möglich.
* Verlustleistung ist proportional zum Strom (I*V_AK).
* hohe Überlastfähigkeit für kurze Pulse.
* mit kurzen Ansteuerpulsen schaltbar.
* relativ einfache Art der Leistungsregelung in einem Wechselspannungssystem bei rein ohmschen Lasten.

===Nachteile eines TRIAC===

* empfindlich auf hohes dU/dt (Spannungsanstiegsgeschwindigkeit), ungewünsches Wiederzünden (Über-Kopf-Zünden) bzw., Zerstörung des Bauteiles möglich.
* empfindlich auf hohes dI/dt (Stromanstiegsgeschwindigkeit), Zerstörung des Bauteiles möglich.
* nur mit sehr großem Zusatzaufwand abschaltbar.
* hohes Störpotential, daher
* aufwendige Entstörmaßnahmen erforderlich (Längsdrossel, Enstörkondensator, [[Snubber]]), außer bei „snubberless“-Typen
* eine Sicherung mit zu dem Triac passenden I²t muß ausgewählt werden.

== Einsatzmöglichkeiten ==

Ein Triac wird hauptsächlich für Phasen'''an'''schnittsteuerungen im 230V Netz eingesetzt. Der ''EIN''schaltvorgang erfolgt ''nicht'' im Nulldurchgang der Spannung: Bei der Phasenanschnittsteuerung wird der Strom während der Halbwelle ein- und zum nächsten Nulldurchgang des Stroms abgeschaltet.

Bei der Phasen'''ab'''schnittsteuerung wird der Strom im Nulldurchgang ein- und noch vor dem nächsten Nulldurchgang abgeschaltet. Da eine vorzeitige Abschaltung eines TRIACs jedoch nur mit einem deutlich größeren Aufwand möglich ist, werden für solche Schaltungen heute meist [[FET|MOSFETs]] oder [[IGBT]]s genutzt.

;Vorsicht: Mit einfacher "RC-Diac-Standardansteuerung" absolut ungeeignet für elektronische Transformatoren bzw. Spannungswandler, Leuchtstoff- oder Energiesparlampen. Für diese Anwendungen sollte ein speziell darauf zugeschnittener Ansteuerbaustein verwendet werden.

=== Phasenanschnittsteuerung===

[[Bild:Beispiel_Triac_mit_Optotriac_Ansteuerung2.png|miniatur|links|500px|Beispiel für ein Phasenanschnittsteuerung mit Triac & Optotriac]]

{{Absatz}}

==== Integrierte Ansteuerbausteine ====

Die Ansteuerung eines TRIAC im Phasenanschnitt, mit oder ohne Mikrocontroller, wird durch integrierte Ansteuerbausteine ohne Nullspannungsschalter vereinfacht.

Der sogenannte [[Optokoppler|Optotriac]] beinhaltet eine optische Trennstrecke ''und'' einen TRIAC für geringe Leistungen. Mit diesem Bauteil wird dann der Leistungs-TRIAC gezündet. Der Nutzer muß sich hier nur mehr um die "Zündung" des Optotriacs nebst Randbeschaltung kümmern. Der Baustein selbst zündet den Haupt-TRIAC nur wenige Mikrosekunden später.
{| class="wikitable"
|+ '''Integrierte Ansteuerbausteine mit optischer Isolation ('''ohne''' Nullspannungsschalter)'''
|-
! Bezeichnung|| Spannungsfestigkeit max.||Verwendbarkeit ||erforderlicher LED Triggerstrom
|-
| MOC3009 3010, 3012, 3012 || 250V|| gut geeignet für 120V_AC || 30, 15, 10, 5mA
|-
| MOC3020 3021, 3022, 3023 || 400V || knapp geeignet für 240V_AC || 30, 15, 10, 5mA
|-
| MOC3051, 3052 || 600V || gut geeignet für 240V_AC || 15, 10mA
|-
| IS6005||400V||billig, kleiner Triggerstrom|| 5mA
|-
|VOM160NT||600V|| sehr klein, SMD||5mA
|}

==== Betrieb mit induktiver Last ====

Bei Lasten mit induktivem Anteil erfolgt bei jedem Schaltvorgang der '''nicht''' im Nulldurchgang bzw. bei "null" Strom(!) stattfindet, eine mehr oder weniger starke Rückwirkung auf TRIAC und Netz. Diese Rückwirkung entsteht aufgrund der hohen Stromänderungsgeschwindigkeit im Schaltvorgang. Dieses dI/dt löst einen entsprechend hohen Selbstinduktionsspannungspuls (dU=-L*dI/dt) aus, der den Triac zerstören kann. Weite Auswirkungen sind z. B. flackernde Leuchtstoffröhren (Flicker), ein gestörter Radioempfang und gegebenenfalls ein Besuch der Rundfunkbehörde.

Der TRIAC muß bei induktiver Last durch einen entsprechend dimensionierten [[Snubber]] geschützt sein.

=== Vollwellensteuerung ===

Auch Schwingungspaketsteuerung genannt. 
'''Beide''' Schaltvorgänge erfolgen im Nulldurchgang, d.h. hier wird sowohl im Nulldurchgang ein- ''und'' ausgeschaltet.

Diese Art der Ansteuerung eignet sich gut für jede Art von Heizvorgängen oder aber als Ersatz für einen elektronischen Schalter (Solid State Relais).
Es gibt noch eine Unterscheidung zwischen Vollwellen- und Halbwellen-Steuerung: Bei größeren Leistungen führt die Halbwellensteuerung zu Unsymmetrie im Dreiphasen-Netz und sollte vermieden werden. Die meisten Energieversorger haben auch entsprechende Vorschriften. Die Vollwellensteuerung bringt sonst praktisch keinen weiteren Vorteil zur Halbwellensteuerung.

====Vorteil====

* praktisch keine Störungen bzw. Netzrückwirkungen

====Nachteil====

* Nicht geeignet zur Leistungsregelung von Trafos, Motoren oder Beleuchtungskörpern

==== Integrierte Ansteuerbausteine ====

Die Ansteuerung eines TRIAC in Halb- bzw. Vollwellensteuerung wird durch die nachfolgend aufgelisteten, integrierten Ansteuerbausteine ''mit Nullspannungsschalter'' deutlich erleichtert.

{| class="wikitable"
|+ '''Integrierte Ansteuerbausteine mit optischer Isolation ('''mit''' Nullspannungsschalter)'''
|-
! Bezeichnung|| Spannungsfestigkeit max.||Verwendbarkeit ||erforderlicher LED Triggerstrom
|-
| MOC3041, 3042, 3043|| 400V || knapp geeignet für 240V~ || 15, 10, 5mA
|-
| MOC3061, 3062, 3063|| 600V || gut geeignet für 240V~ || 15, 10, 5mA
|-
| MOC3081, 3082, 3083|| 800V || gut geeignet für 400V~ || 15, 10, 5mA
|}

====Beispiel Vollwellensteuerung====

[[Bild:Beispiel_Triac_mit_Optotriac_Ansteuerung2.png|miniatur|links|500px|Beispiel für ein Vollwellenansteuerung mit Triac & Optotriac. '''Achtung:''' Optotriac durch einen mit Nullspannungsschalter ersetzen.]]

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=== Crow-Bar ===

Ein weiterer Anwendungsfall ist der Einsatz als Schutzelement. Der Triac wird hierbei nach einer Sicherung zwischen die Versorgungsspannungsanschlüsse geschaltet und im Fehlerfall (Überspannung oder Verpolung) ausgelöst.
Dabei wird die Ein- bzw. Ausgangsspannung "hart" kurzgeschlossen, die Sicherung ausgelöst und damit eine Schaltung vor zu hoher oder falscher Betriebsspannung geschützt.

=== Bauteileauswahl ===

Bei der Auswahl der Bauteile ist darauf zu achten, dass das jeweilige Bauteil auch für die anliegende Spannung zugelassen ist. Kleinere Bauformen - sowohl bedrahtet, als auch SMD bis incl. 0204 - sind nur bis zu max. 200V zugelassen, daher auch die zwei Widerstände in Serienschaltung (R2+R3). Das zieht sich durch alle Bauteile. Ein 400V Triac ist nicht für 230Vrms = 325Vpk geeignet, da im Netz immer Spannungsspitzen aus verschiedensten Quellen auftreten. Grundsätzlich ist parallel zu jedem Triac ein 275V Varistor sehr empfehlenswert. Dabei ist darauf zu achten, daß der Varistor vom Netz her gesehen NACH der Sicherung kommt, da Varistoren im Fehlerfall sehr hohe Temperaturen erreichen können und von der Sicherung "abgeschaltet" werden müssen.
Genauso wichtig ist, daß der Snubber-Kondensator, unbedingt vom Typ "X2" sein muss.

== Siehe auch ==
* [[Leistungselektronik]]
* [[Mosfet-Übersicht]]
* [[Snubber]]
* [[Transistor]]
* [[IGBT]]
* [[FET]]
* [[Kühlkörper]]
* [[Zwischenkreiskapazität]]
* [[Treiber]]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/300638?goto=3217634#3217634 Forumsbeitrag]: Diskreter Thyristor: Haltestrom bestimmen

[[Kategorie:Bauteile]]
[[Kategorie:Leistungselektronik]]

== Weblinks ==

* [http://axotron.se/index_en.php?page=26 Crowbar circuits], engl.
* [http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/crowbar.htm Thyristor-Crowbar: Mit der Brechstange gegen zuviel Spannung!] auf ElKo.de