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Eagle-Wishlist

2016-05-03T17:28:45Z

Spannungsabfall: /* Board-Editor */

Auf dieser Seite können Wünsche zur Erweiterung der Funktionen des Leiterplatten CAD Programms Cadsoft EAGLE eingetragen werden. Es ist keine offizelle Wunschliste von Cadsoft und es ist nicht bekannt, ob Cadsoft-Mitarbeiter diese Seite regelmässig sichten. Cadsoft sollte sicherheitshalber regelmäßig angeschrieben werden, damit diese Liste nicht in Vergessenheit gerät.

Damit sich die beliebtesten Wünsche herauskristallisieren, macht jeder einfach einen virtuellen Strich dahinter: | (Windows: ALT-GR Taste und < Taste drücken, Mac OS X: Alt-Taste und 7 Taste drücken). Alle fünf Striche (|||||) bitte immer ein Leerzeichen einfügen.

Neue Wünsche einfügen darf und soll natürlich auch jeder. Einfach ganz viele Striche auf einmal hinter einem Wunsch einzufügen ist zwecklos. Das erkennt man in der History, und es gibt viele Leute, die diese Seite überwachen...

Ja, die Einleitung ist von der Reichelt-Wishlist geklaut. Existenzberechtigung für diese Seite: Farnell will Eagle verbessern. Siehe [http://de.farnell.com/jsp/bespoke/bespoke2.jsp?ICID=i-7706-00001001&bespokepage=farnell/de/design-link/cadsoft.jsp]

== Programmfunktionen ==

=== Control Panel ===

* In Bibliothek: Bei Klick auf ein Device soll das Fenster an der aktuellen Position stehenbleiben ||
* In Bibliothek: Bildposition vom Symbol und Package soll fixed sein (mitscrollen), bei großen Device-Kollektionen vorteilhaft ||
* Backupdateien in Unterverzeichnisse packen ||||| ||||| ||
* Raster-/Grid-Größe für X und Y Achse getrennt angeben ||
* Möglichkeit einbauen um alle Bibliotheken INKL. Unterverzeichnisse zuladen.
* Die Möglichkeit ein Projekt innerhalb eines Ordners zu duplizieren
* Raster Auswahlmenü: mehrere (auch benutzerdefinierte) Settings, z.B. metrisch und inch

=== Schaltplan-Editor ===
* Bibliotheken aus dem Download Bereich in die Releases mit aufnehmen ||||| |||| 9
* Richtungsabhängige Labels: (3erlei) verschiedene Labels mit denen zusätzlich zum Netznamen die Signalrichtung (Eingang, Ausgang, Bidirektional) visualisiert werden kann ||||| ||||| ||||| 15
* Farbige XREFs → Das Netz dazu in der gleichen Farbe ||||| 5
* Eigenen 'Lagerbestand' mitverwalten, sodass beim Zeichnen von Plänen direkt nur Lagerteile verbaut werden (nützlich bei diesen ganzen SMD-Varianten) ||||| ||||| 10
* "hierarchisches Design" von identisch aufgebauten Unterbaugruppen, sprich Subcomponenten mit definierten Input/Output-Signalen aus z.B. einer speziellen hierarchy.lib. Diese kann dann ja im gleichen Verzeichnis wieder als Schematic abgelegt werden. Mit dazugehöriger Board-Datei läßt sich dann auch das Layout clonen. ||||| ||||| ||||| ||||| ||| 23
* Drucken: neue Option "Automatisch drehen", um bei mehrseitigen Plänen mit wechselnder Seitenorientierung automatisch auszurichten ||||| 5
* Tastatur-/Maus-Bedienkonzept: z.B. Move, Copy etc. alle auf Tasten der linken Tastaturhälfte (bzw. auf der rechten für Linkshänder) und zwar ohne Ctrl/Shift etc. so daß man zügig arbeiten kann, ohne ständig mit der Maus umschalten zu müssen. ||||| ||||| || 12
* Der relative, beliebig setzbare Ursprung sollte vom absoluten zu unterscheiden sein (andere Farbe...) ||| 3
* Bauteilwerte direkt im ADD-Befehl festlegbar machen (-> Standardbauteile im Textmenü) ||||| 5
* Der "Gruppenauswahlrahmen" sollte sich bei gedrückter Maustaste immer aufziehen lassen, nicht erst nach Druck auf Group. (Im Board auch) ||||| ||||| 10
* Ein markiertes Bauteil/e sollte sich einfach mit Druck auf ENTF löschen lassen. ||||| ||| 8
* Beim Herstellen elektrischer Verbindungen(net), an den der Maus am nächsten liegenden Pin kontaktieren (Fangen). Beim verwenden von Bibliotheken die in anderem Raster erstellt wurden, ist es teilweise nicht möglich eine Schaltung zu zeichen, weil man die Pins nicht trifft. ||| 3
* Texte am Bauteil (Ref-Designator, Bauteilbezeichnung, Bauteilwert) sollen sich beim Drehen des Bauteils automatisch mitdrehen, sodass man diese nicht mehr mit "Smash" nachbearbeiten muss (siehe Altium Designer). ||||| || 7

=== Board-Editor ===
* MOVE mit einstellbaren Freiheitsgraden. Beispielsweise, um parallel (nur horizontal/vertikal) oder diagonal zu verschieben || 2
* Mathematik-Funktionen in Eingabefeldern (+ plus, - minus, * mal, / geteilt und () Klammern) z.B.: 375mil+(13,6mm/2) |||||| 6
* Kacheln-Funktion im Drucken Dialog ||||| ||||| | 11
* Netznamen in verlegten Leiterbahnen einblenden<ref>Wird z. B. im AltiumDesigner so gemacht. Abstand und Größe der Beschriftung erfolgt je nach Zoom-Stufe.</ref> ||||| ||||| ||| 13
* Die Auswahl von Bauteilen sperren, die mit dem aktuellen Werkzeug nicht bearbeitet können<ref>Wenn zB eine Leiterbahn durch einen Bauteilmittelpunkt läuft und man mit Ripup auf den Mittelpunkt klickt, will man natürlich die Leiterbahn auflösen. Ripup lässt sich ja nicht auf Bauteile anwenden. Warum muss man also mit linker Maustaste wählen, auf was man Ripup anwenden will?</ref> ||||| ||| 8
* Routing mit Walkaround/Push/Hug&Push Funktionen (Hindernisse automatisch umrouten beim FollowMe) ||||| ||||| 10
* Parameter eines Objektes (Via, Track,..) per Doppelklick-Option bearbeitbar ||||| ||||| ||||| || 17
* Thermal Vias für unterschiedliche Gehäuse einzeln anpassbar machen ||||| || 7
* Padstack frei definierbar ||| 3
* Direkte Implementierung von EAGLE 3D ||||| ||||| ||||| ||||| ||||| ||||| || 32
* Messung der Leiterbahnlänge <ref>Die Messung der Länge einer Leiterbahn sollte zwischen zwei beliebigen Segmenten möglich sein. Man könnte dafür Start- und Endsegment markieren.</ref> ||||| ||||| ||||| ||||| ||||| ||||| ||| 33
* Weitere Standardgeometrien (Spiralen, Heaxagon u.ä.) ||||| ||||| || 12
* Andere Farben für Versorgungsspannungen definierbar machen ||||| ||||| |||| ||||| | 21
* Impedanzkontrolle von Leiterbahnen ||||| ||||| ||||| ||||| |||| 24
* Board im Editor drehen (90°-Schritte) und Umdrehen (Oberseite/Unterseite) ||||| ||||| ||||| ||||| | 21
* Kopieren von Leiterbahnen/Gruppen ||||| ||||| ||| 13
* Online (Echtzeit) DRC ||||| ||||| ||||| || 17
* Direkte Integration von Teardrops bzw SnowMans ||||| || 7
* Chamfered edge (Anfasungen bei T-Leiterbahnverbindungen) |||| 4
* selektives Ratsnest (nicht mit dem Bauteil verbundene Luftlinien beim Plazieren ausblenden) ||||| ||| 8
* dynamisches Ratsnest (Luftlinien des Bauteils beim Plazieren zum nächstgelegenen Pin verbinden) ||||| ||||| ||||| | 16
* Benannte Gruppen in Editor und Schaltplan z. B. analog1 oder power zum einfachen plazieren ||| 3
* Dxf Drag and Drop Mechanische Teile direkt in eagle boards und libs ziehen | 1
* Parametrische Library-Erstellung über Textfile | 1
* Iges / Step Export. 3D Darstellung für Mcad exportieren ||||| 5
* 3DScanner Import. Da eine fertige Leiterplatte die Lageinformationen aller Bauteile hat, wird über einen 3D-Scanner die Höheninformationen der Bauteile eingelesen und in die Bibliothek übertragen. || 2
* Direkte, einfache Nutzung von Layout- und Schaltplanmodulen | 1
* Im Layouteditor Bauteile konsistent platzieren sowie kopieren können ||| 3
* DRC: Bestückungsdruck auf PADs, SMDs oder VIAs ||| 3
* DRC: Warnung / Meldung über nicht geroutete Netze / bestehende Luftlinien ||||| ||||| ||||| ||||| |||| 24
* Layer werden sofort aktiviert/deaktiviert ohne erst "Übernehmen" anklicken zu müssen ||||| ||||| | 11
* Wert von "Alle Packages anzeigen" im change technology-Dialog merken | 1
* Busse werden automatisch umbenannt falls Nets umbenannt werden ||||| 5
* Unrouted Layer nur für aktivertes Bauteil (oder Bereich) anzeigen lassen | 1
* Schrift-Ausrichtung: alle vier Richtungen zulassen, anstatt nur nach rechts oder oben. Dafür Ausrichtungen links/zentriert/rechts zulassen || 2
* unsplit-Funktion: einen Knick aus einem Wire löschen (z.B. als Shift-optimize) ||||| ||||| 10
* Busse (oder mehrere parallele Leitungen gleichzeitig) verlegen (wo es Sinn macht) ||||| || 6
* "clonen" von Leiterbahnen-Routings von einer Baugruppe zu einer anderen ||||| 5
* Ausblenden von Bauelementen im Layouteditor. Beispielsweise nach einer bestimmten Buchse Stecker Kombination im Schaltplan. Wäre hilfreich um Bauelemente im Gehäuse darzustelle | 1
* "Lochrastermodus" um noch einfacher Pläne für Lochrasterplatinen zu erstellen ||||| | 6
* Symmetrierfunktion, um Bauteile automatisch symmetrisch um eine Achse oder Punkt anordnen zu können ||| 3
* automatische Platzierung von Bauteilen im Board ||||| |||| 9
* Der relative, beliebig setzbare Ursprung sollte vom absoluten zu unterscheiden sein (ander Farbe...) ||| 3
* Offset Routing - Gleichzeitiges verlegen von parallel verlaufenden Leiterbahnen ||| 3
* Polygone, Leiterbahnen und Outline gegen Verschieben schützen können (lock) |||| 4
* In Bauteilinfo die zugehörige Schaltplanseitennummer anzeigen || 2
* In Bauteilinfo die auch das DEVICE anzeigen (wie im Schaltplan) | 1
* Beim DRC einen Hinweis geben, wenn der Fehler durch Netzklassenregeln bedingt ist ||| 3
* Über Rechtsklickmenü eine ausgewählte Gruppe ins Raster setzen ||| 3
* die Airwires zeigen auf das Zentrum eines SMD Pads, das meist nicht auf dem raster liegt. Besser währe, wenn ein Bereich innerhalb des Pads als zulässiges Airwire-Ziel akzeptiert wird. Oft sind kleine Leiterbahnschnippsel übrig, mit denen man kämpfen muss. Pad ist eigentlich kontaktiert, aber man hat das zentrum wieder nicht getroffen. ||| 3
* invertierter Text einfach über Textbefehl einfügen zu können | 1
* der DRC sollte auch den Layer vRestrict behandeln und Vias ggf. anmeckern | 1
* man sollte die Leiterbahn ohne übermäßiges Herumgeklicke an der gewünschten Stelle erweitern/weiterziehen können und nicht nur da, wo das Programm denkt, dass noch Verbindungen fehlen | 1
* Auswahlmenü für sichtbare Ebenen, z.B. nur Top/Bottomlevel mit Docu/Ref, nur Kupferflächen (incl.Pads, Vias)
* Bauteile (Packages) im 45-Grad Winkel drehen | 1

=== Autorouter ===

* Ausführungen des Autorouters zurücksetzen (z. B. mit Ctrl + Z) ||||| ||||| ||||| ||||| ||||| |||| 29
* Autorouter um Autoplacer von nicht gelockten Bauteilen ergänzen ||||| | 6

=== Bibliotheks-Editor ===

* Alle Packages zentral speichern, zB in ref-packages. Andere Libs laden dann von da das Package und verbinden das mit ihren Symbols ||||| ||||| ||||| |||| ||| 23
* Verschiedene Symbole für ein Bauteil (Auswählbar im Schaltplaneditor) ||||| |||| 9
* Möglichkeit Symbole einzeln zu kopieren und nicht nur als Device inkl. allen Varianten/ Packages ||||| 5
* Pin-Namen und Nummern per Smash-Befehl verschiebbar und drehbar |||| 4
* Pin-Namen und Nummern auch in Schriftgröße einstellbar ||| 3
* Bibliotheken ausblenden oder Favoritenliste | 1
* Pin-Namen im Symbol mit auswählbaren Alternativen versehen (bei MCUs teilweise 8fach belegt) ||||| 5
* Bauteile im Device als optional kennzeichnen, damit z.B. für MCUs unterschiedliche Packages als Varianten ausgewählt werden können || 2

=== Drucker-Menü ===
* unterschiedliche Vergrößerungsfaktoren für Schaltplan und Board - Ausdruck wählbar

== Preispolitik/Sonstiges ==
* Funktionsumfang der Non-Profit Version auf Schaltplan+Board mit 2 Layern reduzieren (Autorouter und 2 Innenlagen fallen weg), dafür max. Leiterplattengröße auf Doppel-Euro erhöhen. Besser noch 320cm2 in beliebigem Format. ||||| ||||| ||||| ||||| ||||| ||||| ||||| | 36
* Kostenlose Studentenversion ||||| ||||| ||||| ||||| ||||| |||| 28
* max. Leiterplattengröße der Light-Version auf 160x100mm erhöhen. Dafür den Autorouter weglassen. ||||| ||||| ||||| ||||| ||||| ||||| ||||| | 36
* Light Version auf 2 Signal + 2 Power Lagen anheben. 2 Lagen ist nicht mehr Zeitgemäß ||||| ||||| ||| 13
* Generell eine ordentlicher strukturierte Bibliothek. Beispielsweise Widerstandsgehäuse in unterschiedlichen Rastern ("lange Beinchen"), einheitliches Bezeichnungsschema usw. ||||| ||||| || 12
* Bibliotheken mit Sammlungen der Bestände verschiedener Lieferanten (Reichelt, Segor, Farnell) ||||| ||||| | 11
* "ordentliche" Bibliotheks-DATENBANK für parametrische Suche (auch online bei Lieferanten mit automatischer Bauteilübernahme) || 2
* Export und Import von Schaltplänen, Layouts und Bibliotheken entweder in das gEDA oder KiCad Format. Diskussion: http://www.mikrocontroller.net/topic/367973#4155302 |

== Erledigte Punkte ==
* Mehrzeilige Texte (Mehrzeilige Texte sind ab Version 6.3 möglich) |||| 4
* Neben Ckeckbox "Smds" neue Checkbox "bedrahtet", sodass diese ausgeschaltet werden können, wenn nur mit SMDs gearbeitet wird (wurde nun in die Suchfunktion übernommen) ||||| |||| 9
* Meanderstrukturen für Leiterbahnlängenausgleich ||||| ||| 8
* Standardbauteile oder Makros in "Schnellzugriff" (Symbolleiste) für den Schnellzugriff (Mit dem ''MENU''-Befehl lässt sich eine Symbolleiste erzeugen, deren Knöpfe wiederum mit beliebigen Befehlen belegt werden können, einschließlich ''ADD'' --[[Benutzer:Haku|Haku]] 08:47, 21. Feb. 2010 (UTC)) oder ''RUN''/''SCRIPT'' für Makros. |||
* 2-3 frei definierbare Layerauswahlen, die sofort per Klick bzw. Shortcut übernommen und angezeigt werden (Es gibt die ALIAS-Option für den DISPLAY-Befehl. Shortcut dann wieder mit MENU oder direkt in den Einstellungen eine Tastenkombination festlegen) || 2
* Auswahlmenü beim Kopieren von Bauteilen, damit nur einzelne Packages (z. B. nur SO16) kopiert werden können und nicht zusätzlich alle anderen Varianten (z. B. DIL16, TSSOP16, usw.) (spätestens ab 6.5.0) |||| 4
* Zusätzliches Flag für Bauteile (Bestückt / Unbestückt), damit Bestückungsvarianten erstellt werden können (Bestückungsvarianten, spätestens ab 6.5.0 verfügbar) ||||| 5
* Einem Pin im Symbol können mehrere Pins eines Packages zugewiesen werden ||||| ||| 8 - gibt es ab 6.xx
* Polygone (mit Pad-Namen) zulassen für PAD-Sonderformen ||||| ||| 8 - gibt es indirekt ab 6.x
* Aktualisierung der Programmdateien statt jedes mal im neuen Ordner zu installieren <ref>''Nichts'' anderes passiert bei Installation im ''gleichen'' Ordner. Lesen lernen... → Diskussion --[[Benutzer:Hownottobeseen|Hownottobeseen]]</ref> ||||| | 6
* Abstandsmessung (Wie in Sprint-Layout: Mit Maustaste auf Startpunk klicken, gedrückt halten und zum Endpunkt ziehen. Länge und Winkel der Strecke werden in Echtzeit angezeigt.) (Dazu benutzt man en MARK-Befehl, um den Startpunkt zu setzen. Dann werden Winkel, Abstand und x/y-Offset in Echtzeit angezeigt) ||||| ||||| ||||| ||||| ||| 23
* Suche im Bauteilkatalog nach Lieferanten-Artikelnummer (sofern gepflegt) (spätestens ab 6.5.0 kann man nach Attributen und Attributwerten suchen) ||| 3
* Routen von LVDS-Leitungspaaren (Mäander) ||||| ||||| 10
* Möglichkeit, für unterschiedliche Programmversionen auch unterschiedliche Projektverzeichnisse zu verwenden. (Ab Version 5.11 gibt es die Kommandozeilen-Option -U) |

== Anmerkungen ==
Diskussion im Forum: http://www.mikrocontroller.net/topic/169171

<references/>

[[Kategorie:Eagle]]

Leistungselektronik

2013-06-21T03:09:38Z

Spannungsabfall: /*Schaltungstopologien*/

Dieser Artikel ist der Einstiegspunkt zu einer Reihe von weiteren Artikeln 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 schaffen bzw. zu definieren.

== Leistungselektronik ==

=== 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 extrem geringen EMV-Störungen.

Jeder der in diesem Bereich arbeitet muss sich über die Gefahren, die von hohen Spannungen, hohen Strömen oder hohen Energien (z.B. einem Lichtbogen) ausgehen, informieren und entsprechende Sicherheitsvorkehrungen treffen. 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.

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.
{{Absatz}}

=== 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, während IGBTs für Schaltfrequenzen bis zu typisch 10..12kHz, selten bis zu 30kHz optimal eingesetzt werden. 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. nergieversorgung nicht doch Sinn macht. In industriellen Anwendungen wird der P-Kanal Typ nur relativ selten verwendet.
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==== Kühlung für den Leistungshalbleiter ====
Leider läßt sich Energie nicht zu 100% verlustfrei konvertieren. Diese Verluste werden hauptsächlich in Form von Wärme abgestrahlt. Um zu verhindern, daß 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. Für höhere Leistungen muß der Halbleiter auf einen Luftkühler z.B. [[Kühlkörper]] bzw. bei höheren 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. In 99% aller Fälle befindet sich die Energiequelle technisch gesehen "weit" von der Last entfernt. Da jede Leitung eine Induktivität darstellt, ist die Quelle nicht direkt, sondern über je eine Induktivität in Hin- und Rückleitung verbunden. Die Zwischenkreiskapazität - die stets in geringst möglichen Abstand zum Leistungsschalter positioniert werden muss - dient der Kompensation der Leitungsinduktivitäten.

'''Niederinduktiver Aufbau zwischen Zwischenkreiskondensator und Leistungshalbleiter'''
Da die zu hohe Leitungsinduktivitäten zwischen Leistungshalbleiter und Zwischenkreiskondensatoren beim Schaltbetrieb zu hohen Spannungsspitzen führen - die gegebenenfalls den Leistungshalbleiter zerstören - 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.

==== 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 Grundversatz 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 ein Netzteil 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 mehrfach.
{{Absatz}}

=== Schaltungstopologien: ===

In diesem Kapitel werden die am häuigsten 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 dem Ground-Potential 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.

;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 die beiden HS-Schalter 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. (Ja Hubert, 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, und da ginge noch mehr. Bei 500/µs 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 pro 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 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..1.

;Brückenkurzschluss:
;Querstrom:
Gleichzeitiges oder überlappendes Schalten von HS- und LS-Schalter. Dies kommt oft vor, wenn HS- und LS-Schalter durch das gleiche Signal ohne Zeitverzögerung angesteuert werden. Aufgrund der geringen Induktivität in einem solchen Lastkreis kann die Stromsteilheit leicht mehrere 1000A/µs erreichen.
Moderne integrierte Halbbrückentreiber stellen intern sicher, daß dieser Fall nie eintritt.

{{Absatz}}

=== 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 Gatebeschaltung wird möglichst nahe am Gate- und Source-Anschluß angebracht und bezüglich Leitungslänge (Induktivität) symmetriert. Die Zuleitung zu den Gatebeschaltungen ist unkritisch''er''.
# 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.
# Jedes Bauteil wird 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 - als erste Näherung - bei etwa 10..30% des Gatewiderstandes liegen.
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=== 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 Abwärme 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 1..5W - je nach Größe des Bauteiles - ist es nicht mehr ausreichend wenn das Bauteil diese Energie nur abstrahlt. 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.

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 Verbindung zwischen einem Bauteil, das Wärme erzeugt, und dem Bauteil, das diese Wärme durch Wärmestrahlung, Konvektion oder Wärmeleitung in ein Kühlmittel (Zwangskühlung durch 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. Achtung: Die meisten Pasten neigen zur Austrocknung, verlieren also nach ca. 5 Jahren ihre wärmeleitenden Fähigkeiten und sind nur mehr als "Krümel" sichtbar.

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. Dieser erste Schmelzprozess erfordert unter Umständen ein Nachspannen des Bauteiles nach dem ersten Aufheizen, da sich durch den Druck die Schichtdicke verringern kann. 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<ref>Wenn jemand gute und bezahlbare Folien findet/kennt, bitte hier mit allen Daten angeben.</ref> 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<ref>Wenn jemand gute und bezahlbare Pasten findet/kennt, bitte hier mit allen Daten angeben.</ref> 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:Leistungselektronik]]