Forum: Platinen Bitte um Kritik Layout DRV8825


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von Flo G. (flolix)


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Liebe Leute,

ich bitte euch kurz über das angehängte Layout zu schauen. Habe es 
einmal mit Kupferfläche und einmal ohne zum besseren Durchblick 
angehängt.

Warum ich etwas unsicher bin ist, da es schon recht anders geworden ist 
als der Vorschlag im DRV8825 Datenblatt.

Mein Vorbild ist das hier:
https://www.pololu.com/product/2132
Zumindest will ich diesselb Anschlußbelegung haben. Deswegen ist das 
Ganze so eng geraten. Außerdem wollte ich nichts kleineres als 0805 
verbauen.

Danke und schöne Grüße
Flolix

PS. der DRV8825 hat ein Heat-Pad. Ich habe das mit Vias gelöst.. ist das 
so ok?

: Bearbeitet durch User
von Cyborg (Gast)


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Der Thermal-Protection hast du leider zu wenig Aufmerksamkeit gewidmet.
So wird das nichts. Die sollte vom Datasheet vorrangig designed werden.
Außerdem ist unten die Leitung bereits außerhalb deiner Platine und
wird in der Produktion sehr wahrscheinlich abgeschnitten.
Rechts ist noch so viel Platz, das man da sicher noch was machen kann.
Einige Leitungen (z.B. die Schleife oben) sind ungünstig verlegt.
Die beiden grünen Pads da mittig kann ich nicht nachvollziehen.
Durch ein Replacement kann man das ganze noch etwas kompakter machen.
Was würde dagegen sprechen den Chip um 90° im Urzeigersinn zu drehen.
Ich würde da enormes Einsparpotential sehen.
Auf eine Massefläche würde ich mit Ausnahme der Thermal-Protection
verzichten, da das hier nichts bringt.

von Klaus (Gast)


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von Cyborg (Gast)


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Klaus schrieb:
> Und was spricht dagegen,

Wenn der TO davon mehrere tausend Stück braucht, könnte sich
das schon rechnen. Dann sollte das Design aber Topp sein.

von Flo G. (flolix)


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Danke schonmal für eure Rückmeldung!

@Klaus
Nein ich will nur ein paar Stück haben. Es geht mir um Neugier und um 
was zu lernen. Gute, moderne Schrittmotortreiber gibt es hauptsächlich 
in diesen kleinen Gehäusen.. und da will ich mit umgehen können..

@Cyborg
-Die Außenmaße der Platine stehen noch nicht fest. Die mache ich dann so 
das nichts abgeschnitten wird. Diese schraffierte Linie ist nur der Rand 
von der Massefläche.
Die unkritischen Leiterbahnen sind bestimmt nicht sehr schön verlegt.. 
das mache ich nochmal wenn ich die eigentlichen Probleme, wie 
Thermal-Protection und die stromführenden Bahnen, im Griff habe :)

-Meinst Du mit grünen Pads die beiden Vias unter dem Heatpad? Da ich die 
Platine von Hand löten will, dachte ich, ich kann dann von unten 
erhitzen und Lötzinn reinfliessen lassen. Das habe ich selber noch nie 
gemacht, meine es aber gelesen zu haben..
Ansonsten ist da unten noch ein Pufferkondensator C6, für die 3,3 Volt.

-Wie mache ich den Thermal-Protection besser? Mehr durchgehende 
Massefläche unten?

-Ich hatte den DRV schon mal um 90° gedreht.. Weiß jetzt nicht mehr 
genau warum ich das verworfen habe. Glaube aber, da war einfach nicht 
genug Platz um die ganzen Hochstromleitungen wegzukriegen. Werde ich 
nochmal überprüfen..

Schöne Grüße
Flolix

: Bearbeitet durch User
von Cyborg (Gast)


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Flo G. schrieb:
> -Die Außenmaße der Platine stehen noch nicht fest. Die mache ich dann so
> das nichts abgeschnitten wird.

Ich kann ja nur zu dem Stellung nehmen, was du uns offenbarst.

> Diese schraffierte Linie ist nur der Rand von der Massefläche.

Hm, wo ist denn da eine Schraffur? Wird wohl nicht so wichtig sein.

> Die unkritischen Leiterbahnen sind bestimmt nicht sehr schön verlegt..
> das mache ich nochmal wenn ich die eigentlichen Probleme, wie
> Thermal-Protection und die stromführenden Bahnen, im Griff habe :)

In jedem Fall muss man das berücksichtigen, weil der Chip ja 
Verlustleistung in Wärme umsetzt und die muss abgeleitet werden.
Die Lösung des Herstellers ist doch annehmbar.

> -Meinst Du mit grünen Pads die beiden Vias unter dem Heatpad? Da ich die
> Platine von Hand löten will, dachte ich, ich kann dann von unten
> erhitzen und Lötzinn reinfliessen lassen. Das habe ich selber noch nie
> gemacht, meine es aber gelesen zu haben..

Gelesen ist eine Sache, in der Praxis können aber die Verhältnisse
anders sein.
Ich glaube nicht, dass das so einfach geht, selbst mit Heißluftlötgerät. 
Gewöhnlich macht man das mit einem Lötofen (umgebauten Pizza-Ofen) oder 
mit Dampfphasen-Löten. Von Hand bekommt man die Temperaturverhältnisse
kaum in den Griff.

> Ansonsten ist da unten noch ein Pufferkondensator C6, für die 3,3 Volt.

Solche Teile gehören immer gemäß Datenblatt meist ganz nahe an den Chip 
platziert.

> -Wie mache ich den Thermal-Protection besser? Mehr durchgehende
> Massefläche unten?

Kapitel 11.2 im Datenblatt

> -Ich hatte den DRV schon mal um 90° gedreht.. Weiß jetzt nicht mehr
> genau warum ich das verworfen habe. Glaube aber, da war einfach nicht
> genug Platz um die ganzen Hochstromleitungen wegzukriegen. Werde ich
> nochmal überprüfen..

Die Leitungen nehmen durch ihre Strecken aber viel Fläche in Anspruch.
Kürzere Strecken würden auch weniger Flächenverbrauch bedeuten.
Ist natürlich Erfahrung und Übung nötig, keine Frage.
Man kann seine Entwürfe durch Überschreiben verwerfen, oder man
macht eine Edition nebeneinander und die Beste bekommt dann die Release.

Mir fiel noch auf, dass Bauteile mit den Steckerleisten kollidieren.
Da muss mehr Platz zwischen sein.

Fang einfach noch mal eine oder mehrere neue Designs an.

von Klaus (Gast)


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Flo G. schrieb:
> @Klaus
> Nein ich will nur ein paar Stück haben.

Wenn du die Beschreibung der Chinateile genau liest, wird dir 
"vierlagig" auffallen. Und das macht niemand aus Spaß. Und das lötet man 
auch nicht, indem man Zinn in irgendwelche Vias tröpfelt. Trotzdem traue 
ich auch diesen Platinen nicht zu, die Grenzen des Chips zuverlässig zu 
erreichen.

> Es geht mir um Neugier und um
> was zu lernen. Gute, moderne Schrittmotortreiber gibt es hauptsächlich
> in diesen kleinen Gehäusen.. und da will ich mit umgehen können..

Gute, moderne Chips gibt es nur in diesen Gehäusen. Deswegen kauft man 
die praktischerweise als Modul, ob Motortreiber oder Sensor. Sind meißt 
auch preiswerter als der nackte Chip.

Hast du die passende Ausstattung in deiner Werkstatt, das wirklich 
richtig zu Machen und zu Messen? Ansonsten zahlst du nur Lehrgeld.

Aber wenn du das hast, kannst du möglicherweise mit den "LED-Platinen" 
mit Alu-Kern eine tolle Lösung hinbekommen.

MfG Klaus

von someone (Gast)


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Hier schreien mal wieder die Kritiker, die meinen, dass man doch lieber 
alles fertig kaufen soll. Soll man nicht, so lernt man nämlich nichts.
Aus eigener Erfahrung kann ich dir sagen: Chips mit Thermal Pad lötet 
man nicht mit einem Lötkolben. Das funktioniert einfach nicht. Ein 
unkritischer QFN, der ein exposed pad hat, kriegt man so thermisch 
brauchbar angebunden, aber ein Bauteil, das richtig Leistung über das 
Pad abgibt, wird nicht funktionieren. Woher ich das weiß? Eigene 
Erfahrung. Es ist sehr schwierig, einen guten Lötzinnkontakt zu allem 
herzustellen, wenn nur über die Durchkontaktierung erhitzt und Lötzinn 
zugeführt wird. Meine Anwendung war auch ein Motortreiber und der hat 
sich trotz exzellenter Kühlung immer abgeschaltet. Eine Analyse hat dann 
gezeigt, dass das Thermal Pad einfach nicht vernünftig verlötet war. Nun 
aber die gute Nachricht: Mit Heißluft ist das alles überhaupt kein 
Problem! Geht wunderbar. Ich empfehle dir also, eine Heißluftstation zu 
kaufen. Das ist natürlich erstmal eine Investition, damit kannst du dann 
aber vernünftig arbeiten.

Zum Layout: Ich will da nicht viel sagen, es ist einfach nicht gut. 
Mach's nochmal von Anfang an. Berücksichtige dabei zuerst das thermische 
Design und die Stromversorgung. Die Leitungen zu den Motoren sollten 
möglichst kurz und dick sein. Der Kondensator, der die 
Versorgungsspannung puffert, sollte möglichst gut an den IC angebunden 
sein. Das ist ein Schaltregler, der holt sich gepulst immer sehr viel 
Strom. Wenn er den Strom nicht kriegt, funktionieren deine Motoren halt 
nicht richtig. Der Chip gibt den Großteil seiner Wärme über das Thermal 
Pad ab. Sinnvollerweise siehst du viele Durchkontaktierungen dort vor, 
die die Wärme auf die Rückseite leiten. Auf der Rückseite ist dann eine 
große Fläche, die die Wärme verteilt. Die Fläche ist von der 
Lötstoppmaske freigestellt. Ein Kühlkörper klebt auf dieser Fläche.

von AMK (Gast)


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Ist zwar länger her, aber beim DRV8811 hatte ich es damals so gemacht. 
Vielleicht könnte es Dir zur Inspiration dienen.
Beitrag "Re: Feedback für DRV8811 Board"

von Flo G. (flolix)


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Liebe Leute,

ich habe einen neuen Versuch unternommen. Anbei einmal die top und 
bottom-Flächen und einmal ohne Flächen.

Der Stromteil ist gleich geblieben. Alle meine Versuche haben nur sehr 
ähnliches zu Tage gebracht. Da gibt es halt 6 Motorleitungen die 
irgendwie weg müssen und dann auch noch die 5 Kondensatoren, die um 
Platz konkurieren.

Beide Flächen sind aber jetzt mindestens so groß wie im Layout-Example 
angegeben..
dann habe ich noch eine unmenge Vias hinzugefügt..

.. also die Thermal Protection sollte jetzt gegeben sein(?)

Kürzer und dicker habe ich die Motorleitungen (bis jetzt) nicht 
hinbekommen.

Ich weiß, die Digitalleitungen sind noch nicht sehr schön.. bitte 
erstmal nur die Funktion kritisieren. Die unkritischen Dinge mache ich 
dann noch sauber..


Geht es zumindest in die richtige Richtung?

Danke auch für die Erfahrungen mit dem Heat-Pad löten. Ein einfache 
Heißluftstation habe ich..

@AMK
Danke für den Link.. hatte ich noch nicht gesehen..

Schöne Grüße
Flolix

von AMK (Gast)


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Flo G. schrieb:
> Da gibt es halt 6 Motorleitungen die
> irgendwie weg müssen

Wieso 6 Motorleitungen eigentlich?

von Flolix (Gast)


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AMK schrieb:
> Flo G. schrieb:
> Da gibt es halt 6 Motorleitungen die
> irgendwie weg müssen
>
> Wieso 6 Motorleitungen eigentlich?

4 zu dem Motor und 2 zu den shunt-Widerständen.

von Flolix (Gast)


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Entschuldige, das war Quatsch:
Ich habe auf der linken Seite 4 Anschlüsse für den Motor, dann 2 mal 
Masse und 2 mal Versorgungsspannung. Also habe ich 8 dicke, 
stromführende Leitungen.

Grüße flolix

von AMK (Gast)


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Mach die 4 Motorleitungen V+ und GND lieber um mind. Faktor 2 breiter

von AMK (Gast)


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Hier ist auch noch was interessantes dazu:
Beitrag "PIN eines SMD Bauteils bei hoher Strombelastung"

von Christopher J. (christopher_j23)


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Ich würde das ganze umdrehen, also den DRV8825 auf die Unterseite packen 
und die Wärme über einige Vias an die Masseseite auf der Oberseite 
durchleiten. Dann oben eventuell noch einen kleinen Kühlkörper drauf. 
Das mag zwar auf den ersten Blick komisch aussehen aber der thermische 
Widerstand zur Gehäuseoberseite des DRV ist ca. 10 mal so groß wie zum 
Powerpad.

Diese ganzen Aufklebekühlkörper bei diesen Polulu-Dingern aber auch bei 
Raspberry-Pi und Co., die dann auf dem Epoxy-Gehäuse sitzen, sind meiner 
Meinung nach eher Makulatur im Vergleich zu einer vernünftigen 
Wärmeabfuhr über das Kupfer.

von Flolix (Gast)


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@AMK
stimmt, auf der Unterseite kann ich die problemlos dicker machen. Mache 
ich später. Danke. Vor lauter Thermal-Pad hab ich das aus den Augen 
verloren..
Wobei GND ja völlig in der Fläche untergeht. Da macht es wohl keinen 
Sinn.

@christopher_j23
ich wollte ja den Kühlkörper so wie von someone vorgeschlagen auf die 
Unterseite setzen.. dann ist es genau so wie auch von dir gemeint. 
Umdrehen geht natürlich auch. Bessere Luftzirkulation vermutlich..


schöne Grüße
Flolix

von Cyborg (Gast)


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Flolix schrieb:
> Flolix

Ändere mal nicht dauernd deinen Nick, sonst fliegst du hier raus.
(Nicht meine Entscheidung, sondern von den Mods. wenn du gegen die
Nutzungsbedingungen verstößt).

von Flo G. (flolix)


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Cyborg schrieb:
> Flolix schrieb:
>> Flolix
>
> Ändere mal nicht dauernd deinen Nick, sonst fliegst du hier raus.
> (Nicht meine Entscheidung, sondern von den Mods. wenn du gegen die
> Nutzungsbedingungen verstößt).

Meinst Du flolix != Flolix? Das wird ja hoffentlich nicht gegen die 
Nutzungsbedingungen verstossen. Oder was?

von Christopher J. (christopher_j23)


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Flolix schrieb:
> @christopher_j23
> ich wollte ja den Kühlkörper so wie von someone vorgeschlagen auf die
> Unterseite setzen.. dann ist es genau so wie auch von dir gemeint.
> Umdrehen geht natürlich auch. Bessere Luftzirkulation vermutlich..

Sry, das hatte ich überlesen aber ja, auf der Oberseite bringt das eben 
genau wegen der Luftzirkulation meiner Meinung nach trotzdem mehr.

von Cyborg (Gast)


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Flo G. schrieb:
> Meinst Du flolix != Flolix? Das wird ja hoffentlich nicht gegen die
> Nutzungsbedingungen verstossen. Oder was?

Angemeldet bist du eindeutig identifizierbar. Unangemeldet kann das
jeder sein, der sich einen Scherz erlauben will. Also bleib bei dem
angemeldeten Nick.

von Flolix (Gast)


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Cyborg schrieb:
> Flo G. schrieb:
> Meinst Du flolix != Flolix? Das wird ja hoffentlich nicht gegen die
> Nutzungsbedingungen verstossen. Oder was?
>
> Angemeldet bist du eindeutig identifizierbar. Unangemeldet kann das
> jeder sein, der sich einen Scherz erlauben will. Also bleib bei dem
> angemeldeten Nick.

Willst Du dir hier jetzt einen Scherz erlauben? ;-)
Oder bist du es etwa gar nicht? :)

von Klaus (Gast)


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Christopher J. schrieb:
> Ich würde das ganze umdrehen, also den DRV8825 auf die Unterseite packen
> und die Wärme über einige Vias an die Masseseite auf der Oberseite
> durchleiten. Dann oben eventuell noch einen kleinen Kühlkörper drauf.
> Das mag zwar auf den ersten Blick komisch aussehen aber der thermische
> Widerstand zur Gehäuseoberseite des DRV ist ca. 10 mal so groß wie zum
> Powerpad.
>
> Diese ganzen Aufklebekühlkörper bei diesen Polulu-Dingern ...

Die Bilder stammen doch von Verkäufern. Die fertigen DRV8825 Board sind 
so aufgebaut, daß die Rückseite unter dem Chip erstens thermisch gut 
angebunden (ausreichend Vias) und auch komplett frei von Bauteilen ist. 
Da gehört der (mitgelieferte) Kühlkörper eigentlich hin. Ich hab auch 
Aufbauten gesehen, wo ein Lüfter in den Kanal zwischen Basisboard und 
Modul mit Kühlkörper auf der Unterseite Luft gedrückt hat. Überlegungen 
dieser Art sind aber den Entwicklern von 3D-Drucker Steuerungen fremd, 
sonst würden sie die Steppermodule kopfüber montieren.

MfG Klaus

von Flolix (Gast)


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Klaus schrieb:
> Wenn du die Beschreibung der Chinateile genau liest, wird dir
> "vierlagig" auffallen. Und das macht niemand aus Spaß. Und das lötet man
> auch nicht, indem man Zinn in irgendwelche Vias tröpfelt. Trotzdem traue
> ich auch diesen Platinen nicht zu, die Grenzen des Chips zuverlässig zu
> erreichen.

Ja, ich habe das schon gesehen, daß die vierlagig sind. Mein Ansatz war 
es einfach zu probieren ob es auch 2-lagig klappt. Wenn alle der Meinung 
sind, daß es nach mehreren Layout-Versuchen keinen Sinn macht, dann lass 
ich es bleiben...

Mein letzter Entwurf ist zumindest von den thermischen Verhältnissen her 
nicht ganz weit weg von dem Layout Example des Herstellers. Wobei die 
Polulu-Dinger, mit ihrer unten fast durchgehenden Massefläche da 
bestimmt noch optimierter sind.. Ich habe mir übrigens so ein 
Polulu-Teil bestellt zum Untersuchen..


> Aber wenn du das hast, kannst du möglicherweise mit den "LED-Platinen"
> mit Alu-Kern eine tolle Lösung hinbekommen.
>
Das ist sozusagen Plan K, wenn Plan A-J nicht geklappt haben :)

Schöne Grüße
Flolix

von Christopher J. (christopher_j23)


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Klaus schrieb:
> Die Bilder stammen doch von Verkäufern. Die fertigen DRV8825 Board sind
> so aufgebaut, daß die Rückseite unter dem Chip erstens thermisch gut
> angebunden (ausreichend Vias) und auch komplett frei von Bauteilen ist.
> Da gehört der (mitgelieferte) Kühlkörper eigentlich hin. Ich hab auch
> Aufbauten gesehen, wo ein Lüfter in den Kanal zwischen Basisboard und
> Modul mit Kühlkörper auf der Unterseite Luft gedrückt hat. Überlegungen
> dieser Art sind aber den Entwicklern von 3D-Drucker Steuerungen fremd,
> sonst würden sie die Steppermodule kopfüber montieren.
>
> MfG Klaus

Ja, theoretisch müsste man den Kühlkörper auf der Unterseite montieren 
oder besser gleich wie du sagst die Treiber kopfüber montieren. In der 
Realität sind aber bei den ganzen RAMPS-Boards zwischen den 
Buchsenleisten die Elkos für die jeweiligen Treiber platziert. Das 
verhindert dann nicht nur eine vernünftige Kühlkörpermontage, sondern 
sorgt auch noch dafür das da kaum Luft zirkulieren kann und der Elko 
schön gebrütet wird.

von Thorsten O. (Firma: mechapro GmbH) (ostermann) Benutzerseite


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Hallo Flolix,

> Mein letzter Entwurf ist zumindest von den thermischen Verhältnissen her
> nicht ganz weit weg von dem Layout Example des Herstellers. Wobei die
> Polulu-Dinger, mit ihrer unten fast durchgehenden Massefläche da
> bestimmt noch optimierter sind..

Haha, der war gut. Hast du dir mal die Empfehlungen des Chipherstellers 
für die zur Kühlung erforderlichen Platinenfläche (mit großen 
zusammenhängenden Kupferflächen) angesehen und dass mit den 
Pololu-Boards verglichen? Und da sprichts du von "optimimiert"? Die sind 
höchstens auf minimale Boardgröße optimiert, warum auch immer...

Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann

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