Leiterbahndicke

Angenommen, eine Leiterbahn erwärmt sich bei 6A um +50K

Dann erwärmt sie sich bei 30A um +1250K, da die Leistung quadratisch 
steigt.
Du kannst jetzt argumentieren, dass der Motor in 10ms auf Drehzahl ist, 
aber spätestens wenn der Motor mal für 2 Sekunden blockiert ist das 
Kupfer dematerialisiert.

>Würde mal 5 mm mindestens vorschlagen,
Ja. So was in der Richtung.

Quadrat schrieb:
> Angenommen, eine Leiterbahn erwärmt sich bei 6A um +50K
>
> Dann erwärmt sie sich bei 30A um +1250K, da die Leistung quadratisch
> steigt.

Du vergleichst Äpfel mit Birnen.

Es geht bei den 30A ausdrücklich um eine dynamische Strombelastung. Wie 
sich die auf die Temperatur auswirkt, hängt von der Wärmemenge und von 
der Wärmekapazität ab.

Ohne Zahlen für "kurzzeitig", ist es müßig über dieses Problem zu 
diskutieren.

Du solltest auch den Spannungsabfall rechnen.  Solche Werte sind eher zu 
betrachten als Minimum fuer sehr kurze Abschnitte,  weil der Platz an 
einer Stelle gerade fehlt.

Zwölf M. schrieb:
> Und eine Zinnverstaerkung
> waere maximal schlecht.

Warum wäre eine Zinnverstärkung schlecht? Auch wenn Zinn nicht so eine 
gute Leitfähigkeit wie Kupfer hat, ein bisschen helfen würde es doch 
trotzdem. Zumindest ist das besser als ganz ohne Zinn.

Teo D. schrieb:
> Bei Dauerlast nur Zinnverschwendung.

Lothar M. schrieb:
> Die Begründung steht großteils im Artikel

Gut. Also bringt eine verzinnte Leiterbahn höchstens 10% mehr 
Strombelastbarkeit. Klar, dafür lohnt sich der Mehrverbrauch an Lötzinn 
meistens natürlich nicht.

Danke allen für die Antworten.
Ich weiss nicht wie lange so ein Beschleunigungszyklus bei einem Motor 
so dauert. Wenn ich mal so von den Wettkampf-Quadrocoptern spreche 
heizen die ja so ziemlich herum.
Wie schätzt man so etwas ab?

Wie rechne ich den benötigten Querschnitt bei 6A eigentlich?

Die 5mm wären dann jedoch nur für die Leitungen wo richtig Strom 
durchgeht.
Die kann man doch sicher auf der Platine von den sonstigen Bauteilen 
irgendwie trennen und in einem Bereich layouten, wo die anderen Bauteile 
davon weniger betroffen sind.
Wie würdet ihr das machen?

Und wie ist das mit der Drahtverstärkung gemeint?
Draht mit anlöten? Wie plant man das im Platinenlayout. Gibt es da 
etwas, was man vorsieht, damit das Anbringen des Drahtes erleichtert 
wird beim Löten?

mauri schrieb:
> Kurzzeitig aber würden auch 24-30 Ampere fliessen (Beschleunigung etc.)

Die solltest du als Dauerbelastung betrachten - Die Leiterbahnen haben 
sehr wenig Masse, erwärmen sich also extrem schnell, und bei einem 
Beschleunigungsvorgang eines Motors sind sie weggeflogen bevor der Motor 
auf Touren kommt.

Konstantin schrieb:
> Gut. Also bringt eine verzinnte Leiterbahn höchstens 10% mehr
> Strombelastbarkeit

Es wäre auch ziemlich schwierig, so eine dicke Zinnauflage 
reproduzierbar aufzubringen, besonders bei Serienfertigung. Von Hand 
gelötet hast du eine Zinnauflage mit einem Buckel in der Mitte und wenig 
Zinn an den Rändern. Wellenlöten kann man gleich vergessen, da sieht die 
Oberfläche eher aus wie ein wogendes Meer. Das so etwas bei chinesichen 
Billignetzteilen üblich ist muss man ja nicht als Vorbild nehmmen.

Georg

mauri schrieb:
> Und wie ist das mit der Drahtverstärkung gemeint?

Ich vermute so wie auf dem Bild. Achte beim Routen aber darauf, dass 
sich an diesen Stellen kein Lötstopplack befindet.

Danke

Wer mag mir erklären, warum Drahtverstärkung Unsinn ist?
Mit einem fetten 0,8 mm²-Draht transportiert sich der Strom viel 
entspannter. Schwierig ist nur das Löten, da braucht es eine Lötstation 
mit Bums.

Teo D. schrieb:
> Hubert schrieb:
>> Wer mag mir erklären, warum Drahtverstärkung Unsinn ist?
>
> Wie, wo, was...? Wer schreib so etwas? (Den Draht oben auf Zinnkleckse
> zu pappen, ist suboptimal. Als Bauteil planen!)
> Nicht schön und für Massenproduktion nicht gut geeignet, OK.

Was macht man in Masseproduktion?

Quadrat schrieb:
> Du kannst jetzt argumentieren, dass der Motor in 10ms auf Drehzahl ist,
> aber spätestens wenn der Motor mal für 2 Sekunden blockiert ist das
> Kupfer dematerialisiert.

Einen Motorregler ohne Strommessung/Stromregelung zu bauen ist ja auch 
dumm und grob fahrlässig.

Lothar M. schrieb:
> Auch wenn du dir bei der Erwärmung deiner Leiterplatte um 30K durch die
> Leiterbahn(!!) keine Sorgen machst: ich würde mir Sorgen machen.

Dann hast du noch nie richtige Leistungselektronik gemacht, oder? 
Natürlich muss man die höheren Bauteiltemperaturen berücksichtigen, aber 
das ist kein wirklicher Grund zur Sorge. 30K ist pillepalle. Hatte schon 
Designs gesehen mit 60K und mehr, und die laufen jahrelang tausendfach 
bei 24/7 Volllast.

Einfach Bauteile mit entsprechendem Temperaturbereich auswählen und 
fertig. Man bekommt heutzutage quasi alles in 105-125°C. Und in der 
Regel macht man eine Messung oder Thermographie. Da kann man sich auch 
gleich die Überlastfälle anschauen.

Elkos muss man eh berechnen, da nimmt man einfach die reale Temperatur 
an und nicht irgendeinen Fantasiewert.

mauri schrieb:
> Was macht man in Masseproduktion?

Habe schon Platinen mit eingelöteten Litzen oder Schienen gesehen. Aber 
das sind schon Extremfälle (>100A, oder sehr wenig Platz). Bei 6A 
Dauerstrom reichen normale Leiterbahnen locker.

Normalerweise nimmt man Multilayer-Platinen (ggf. mit dickerem Kupfer) 
und führt die Leiterbahn durch mehrere Lagen parallel. Bei 4 Lagen hat 
man den Widerstand und damit die Verlustleistung geviertelt. Die Wärme 
kann dann auch über beide Seiten abgeführt werden.

mauri schrieb:
> Was macht man in Masseproduktion?

Beispielsweise Stromschienen[1] als THT-Bauelemente oder in die 
Leiterplatte eingebettete Kupferprofile[2]

[1] 
https://www.secomp.de/de_DE/schroff-leiterplatten-stromschienen-lp-schiene-1pol-5te-l210/i/26158467
[2] 
http://www.all-electronics.de/leiterplatten-design-fuer-hohe-stroeme-auf-kleiner-flaeche/

Easy-DC schrieb:
> Habe schon Platinen mit eingelöteten Litzen oder Schienen gesehen. Aber
> das sind schon Extremfälle

100 A sind noch machbar mit 2 seitig Dickkupfer 210 µ und 20 mm 
Leiterbahnbreite, also noch ziemlich konventionell. Wir haben schon vor 
mehr als 20 Jahren solche Leiterplatten für einen grossen Konzern 
hergestellt für Umrichter usw. Die hatten das sorgfältig analysiert und 
festgestellt, dass bei mittleren und hohen Stückzahlen auch eine teure 
Leiterplatte günstiger ist als jede manuelle Verdrahtung mit 
Stromschienen, Stanzblechen oder ähnlichem.

Ein Problem ist, Hochstrom-Leiterbahnen und SMD-Bauteile zusammen auf 
einer LP unterzubringen, aber auch das wird von vielen Herstellern 
beherrscht, das Dickkupfer muss eben selektiv aufgebracht werden.

Multilayer bringen nicht sehr viel mehr, der Widerstand wird zwar 
geringer, aber es kann kaum mehr Wärme abgeführt werden, die Innelagen 
werden bei gleicher Geometrie viel heisser als die Leiterbahnen aussen.

1 mm ist natürlich völliger Unsinn, ich empfehle 10 mm mit 70 µ, das 
hält auch die Anlaufströme leicht aus.

Georg

Es gibt ja die Universal-Regler fuer ferngesteuerte Autos, Fluggeraete 
etc.

Diese Platinen sind ziemlich klein. Ich kann mir kaum vorstellen, dass 
dort eine Leiterbahn 10mm dick drauf ist. Die muessen den mindeststrom 
von 20-30A im Anlauf doch sicher auch koennen!

Was haben die gemacht?

georg schrieb:
> 100 A sind noch machbar mit 2 seitig Dickkupfer 210 µ und 20 mm
> Leiterbahnbreite, also noch ziemlich konventionell.

Ja. Dann hat man aber eben das Problem mit der SMD-Bestückung. Wenn man 
viel Platz hat und die Leiterplatte eigentlich nur als bessere Busbar 
nutzt ist das in Ordnung.

georg schrieb:
> Ein Problem ist, Hochstrom-Leiterbahnen und SMD-Bauteile zusammen auf
> einer LP unterzubringen, aber auch das wird von vielen Herstellern
> beherrscht, das Dickkupfer muss eben selektiv aufgebracht werden.

Oder man geht eben auf Multilayer mit dickeren Innenlagen. Dann kann man 
problemlos noch 0603 und Finepitch bestücken.

georg schrieb:
> Multilayer bringen nicht sehr viel mehr, der Widerstand wird zwar
> geringer, aber es kann kaum mehr Wärme abgeführt werden, die Innelagen
> werden bei gleicher Geometrie viel heisser als die Leiterbahnen aussen.

Mehr Breite ist natürlich immer besser, wenn man den Platz hat (was 
heutzutage oftmals eben nicht mehr der Fall ist). Ansonsten bringt mehr 
Querschnitt eben schon etwas.

Und natürlich platziert man massig Vias für den Wärmetransport.

Lothar M. schrieb:
> mauri schrieb:
>> dass dort eine Leiterbahn 10mm dick drauf ist.
> Nicht dick, aber breit.
>
>> Was haben die gemacht?
> Breite Leiterbahnen, Kupferflächen, kompakter Aufbau. Und die löten den
> Anschlussdraht quasi direkt an die Transistoren...
> https://www.modellbau-regler.de/shop/product_info....
> http://www.rc-heaven.eu/mcpx-full-brushless-Regler

Ich meinte natürlich breit. ;P

Also sind das keine gepfuschte Lösungen?

mauri schrieb:
> Also sind das keine gepfuschte Lösungen?

Modellbau ist keine professionelle Anwendung.

Easy-DC schrieb:
> Wenn man
> viel Platz hat

Layout ist immer ein Kompromiss. Leiterplatten wie wir sie gefertigt 
haben waren schon ziemlich gross wegen der Leistungsbauteile und den 
Kühlkörpern dazu, da war schon Platz für Kupferflächen, nicht nur breite 
Leiterbahnen. Ein Multilayer in einem solchen Format (bis DIN A4) wäre 
schon sehr teuer geworden und nicht viel kleiner.

Man muss ja auch einen Frequenzumrichter für Motoren mit einigen kW 
nicht unbedingt in einem Handygehäuse unterbringen.

Georg

georg schrieb:
> Layout ist immer ein Kompromiss. Leiterplatten wie wir sie gefertigt
> haben waren schon ziemlich gross wegen der Leistungsbauteile und den
> Kühlkörpern dazu, da war schon Platz für Kupferflächen, nicht nur breite
> Leiterbahnen.

Das restliche Design muss natürlich dazu passen, dann kriegt man den 
Kram auch kompakter hin. Ist natürlich auch eine Preisfrage, wenn der 
Kompromiss "billig, aber größer" aussieht, passt das ja.

georg schrieb:
> Man muss ja auch einen Frequenzumrichter für Motoren mit einigen kW
> nicht unbedingt in einem Handygehäuse unterbringen.

Bei Frequenzumrichtern ist natürlich billigst gefragt; bei 
Servoumrichtern sieht das z.B. anders aus.