Forum: Platinen Prototypen mit Kupferinlay/Kupferkern (Solid State Relay)


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von Sascha S. (excess)


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Moin Moin,

ich möchte gerne einen Hauptschalter + Energieüberwachung (12V) für ein 
Böötchen basteln. Als Schalter sollen mehrere SMD-MOSFETs und zur 
Stromüberwachung ein 100A oder 200A Shunt (mit Bolzen befestigt) dienen. 
Das Ganze soll auf eine Platine (zusammen mit µC, Hühnerfutter und 
Schnittstellen zu nem CAN), die dann logischerweise einen Kupferkern für 
die Hochstrom braucht.
Kann man sowas als Prototyp irgendwie selbst bauen? Vielleicht einen 
"normales" PCB produzieren lassen, etwas dran rum fräsen, dann eine 
Kupferplatte zurecht fräsen und die dann irgendwie verheiraten (kleben)? 
Wie gesagt, soll erst mal nur ein Prototyp sein und wenn der rund ist, 
dann wird's eh professionell gefertigt.

Danke für eure Hilfe,
Sascha

von U. M. (oeletronika)


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Hallo,
Wozu brauchst du den Kupferkern?

Wenn es um Strom bis 100A geht (oder auch bis 200A), dann braucht man da 
doch nicht so einen Kult mit machen?  m
Ausreichend großflächige Kupferflächen, am besten auf PCB mit mind. 70um 
Kaschierung und vernünftige großflächeige Kontaktierung über einige 
dicke angelötete Litzen sollten dafür reichen.

Da es ein "Hauptschalter" sein soll, wäre allerdings der Einsatz von 
Halbleitern fraglich. Im Fehlerfall machen die evtl. einen Kurzschluss.

Ansonsten kann man FET mit 1...2 mOhm Kanalwiderstand nehmen und diese 
auch noch parallel schalten, damit die Verlustleitung so klein bleibt, 
dass es außer der Kupferfläche auch bei Dauerbetrieb keine zusätzliche 
Kühlung braucht.
Gruß Öletronika

von Panorama (Gast)


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Wenn du die Möglichkeit hast kannst du so einen Kern bestimmt selbst 
einlegen. Spontan würde ich eine Tasche 0,5mm tief einfräsen und das 
Kupferblech mit Epoxy + Wärme verpressen. Die Fertiger machen das auch 
nicht anders, haben nur bessere Maschinen :)
Auf dem Blech müsste auch Dynamask o.ä. als Lötstop halten.
Für den Shunt gibt es Bolzen in Einpresstechnik, oder sogar SMD.

Ich weiß nur nicht ob die Strukturen grob genug sind um es selbst zu 
fräsen, für den Prototyp kannst du das bestimmt berücksichtigen.

Hast du mal nach fertigen IGBT/FET-Modulen geschaut? Die könntest du 
einfacher mit Stromschienen verdrahten.

von Sascha S. (excess)


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Moin Öltronika,

> Wenn es um Strom bis 100A geht (oder auch bis 200A), dann braucht man da
> doch nicht so einen Kult mit machen?  m
> Ausreichend großflächige Kupferflächen, am besten auf PCB mit mind. 70um
> Kaschierung und vernünftige großflächeige Kontaktierung über einige
> dicke angelötete Litzen sollten dafür reichen.

Zur Berechnung der Leiterbahnbreite nehme ich diesen Online-Calculator: 
http://circuitcalculator.com/wordpress/2006/01/31/pcb-trace-width-calculator/

Der sagt mir, dass bei 100A, 70µm einer Leiterbahnlänge von 3cm eine 
Breite von 4cm erforderlich ist. Ist wäre wohl gerade noch vertretbar. 
Bei 200A sinds aber schon 11cm und das ist einfach zu fett.

> Da es ein "Hauptschalter" sein soll, wäre allerdings der Einsatz von
> Halbleitern fraglich. Im Fehlerfall machen die evtl. einen Kurzschluss.

Es gibt auf dem Markt bereits einige Lösungen im KFZ- und Marinebereich, 
welche Halbleiter für genau diesen Zweck verwenden. Im Fehlerfall kann 
auch ein Relais hängen bleiben/korrodieren und nicht anziehen oder 
abfallen. ;-)

> Ansonsten kann man FET mit 1...2 mOhm Kanalwiderstand nehmen und diese
> auch noch parallel schalten, damit die Verlustleitung so klein bleibt,
> dass es außer der Kupferfläche auch bei Dauerbetrieb keine zusätzliche
> Kühlung braucht.

Ja, das ist soweit klar. :-)

von Sascha S. (excess)


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Hallo Panorama,

Panorama schrieb:
> Wenn du die Möglichkeit hast kannst du so einen Kern bestimmt selbst
> einlegen. Spontan würde ich eine Tasche 0,5mm tief einfräsen und das
> Kupferblech mit Epoxy + Wärme verpressen. Die Fertiger machen das auch
> nicht anders, haben nur bessere Maschinen :)

Du würdest also auf der Rückseite der Platine Taschen zum Einlegen des 
Kerns fräsen und die Kontaktstellen entsprechend komplett durchfräsen? 
Fräst man von der Kupferplatte auch eine Schicht runter, so dass es für 
die Kontakte/Pads kleine Erhöhungen bleiben, die dann auf der Oberseite 
der Platine durchgucken?

> Auf dem Blech müsste auch Dynamask o.ä. als Lötstop halten.
> Für den Shunt gibt es Bolzen in Einpresstechnik, oder sogar SMD.

Wie sehen denn solche Bolzen in Einpresstechnik aus? Ich möchte den 
Shunt schon austauschbar halten, so dass man zwischen 50A, 100A und 200A 
(ggf. später noch höher) tauschen kann.

> Ich weiß nur nicht ob die Strukturen grob genug sind um es selbst zu
> fräsen, für den Prototyp kannst du das bestimmt berücksichtigen.
>
> Hast du mal nach fertigen IGBT/FET-Modulen geschaut? Die könntest du
> einfacher mit Stromschienen verdrahten.

Relais, Shunt und Steuerelektronik sollen zusammen in ein kleines 
Gehäuse, welches dann nahe der Batterie angebracht wird.

Viele Grüße

von Panorama (Gast)


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Hi,

wie du es genau fräst hängt vom Layout ab. Für eine einfache Geometrie 
würde ich die Tasche von oben fräsen und ein glattes Blech einkleben.
Die Lötpads kannst du als Blech-Zunge ausführen, oder auf der Fläche mit 
Lötstoplaminat eingrenzen. Vielleicht findest du dünnes Prepreg 
Material, daraus könntest du eine Abdeckung fräsen und mit aufkleben.

Mit deiner Variante sparst du Platz auf der Oberseite und kannst den 
Kern an einen Kühlkörper klemmen. Vielleicht solltest du kleine Muster 
anfertigen, ich weiß nicht wie genau man das alles hinbekommt.
Im Layoutprogramm kannst du beide Möglichkeiten durchspielen, dabei 
müsstest du schnell sehen wie viel Aufwand du betreiben musst.

Würth hat passende Kontakte unter "Powerelement": 
https://powerelement.we-online.de/
Da gibt es auch Blöcke mit Innengewinde als SMD-Teil, die lötest du 
unter die Leiterplatte. Von oben (durch die Platine) schraubst du den 
Kabelschuh drauf und ziehst damit die Lötstelle zusammen.

Falls du mit einem Signal über die Stromschiene musst und kein Platz 
ist: 
http://sumida-flexcon.com/hp1662/SUMIDA-erweitert-Produktportfolio-an-SMD-Jumpern.htm

von Crazy H. (crazy_h)


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Ich hab mir für mein Boot einen Sicherungskasten gebaut und die 
Leiterbahnen aus 0.1mm Kupferblech nachgefräst und damit die relevanten 
Leiterbahnen verstärkt. Ich hab das aber nur auf 20A ausgelegt.
Wären THT-FETs verdrahtungstechnisch nicht besser ?

Achja: der Einschaltstrom liegt doch sicher nicht bei 200A ?

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