Forum: Platinen Leiterbahndicke für 20A Stromsensor


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von Claude M. (stoner)


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Hallo zusammen

Ich möchte ein Strommessmodul mit acht 20A Hallsensoren 
(ACS712ELC-20A)bauen und bin mir etwas unsicher ob die vorgesehene 
Leiterbahndicke von 3mm (2.5 mm Abstand zwischen den Bahnen) bei einer 
Länge von je ca. 10 mm ausreicht.

Gemäss www.leiton.de 
(http://www.leiton.de/leiton-tools-leiterbahnerwaermung.html) werden 
sich die Leiterbahnen gegenüber der Umgebungstemperatur damit um ca. 140 
Grad erwärmen, was wohl zuviel des Guten ist, zumal die Platine mit den 
acht Sensoren in ein Hutschienengehäuse eingebaut wird und die 
Wärmeabfuhr damit nicht wirklich optimal ist.

Unsicher bin ich nun deshalb, weil es in diversen Shops (nicht nur 
e-bay) Module und Breakoutboards gibt die auch keine breiteren 
Leiterbahnen haben (z.B. 
http://www.uctronics.com/acs712-5a-20a-30a-range-current-sensor-module-for-arduino.html). 
Und auch der Strommess-IC selbst kann im inneren ja auch keine dicken 
Leiterbahnen haben.

Reichten die 3mm Bahnen auf meiner Platine nun oder sind Module die man 
kaufen kann einfach nur China-Schrott, die sich bei längerer 20A 
Belastung in Rauch auflösen?

Kann mich jemand aufklären?


Viele Grüsse
Claude

von Max G. (l0wside) Benutzerseite


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Das dürfte sich in Rauch auflösen. Allerdings sind die Leiterbahnen sehr 
kurz, die kühlen ja auch ins Leiterplattenmaterial (das thermisch gar 
nicht so schlecht leitet).

Bei 8x20A im Gehäuse(!) im Schaltschrank(!) solltest du dir aber 
mindestens über Klemmen, Anbindung, Stromtragfähigkeit, Eigenerwärmung 
und Brandschutz Gedanken machen. Wenn du die Leiterbahnen 6mm breit 
machst und auf zwei Lagen führst, reduziert sich der Widerstand auf 1/4, 
dann bist du noch bei 35K Temperaturüberhöhung.

Das gilt aber gegenüber der Innenlufttemperatur deines Gehäuses. Und der 
Rth eines Kunststoffgehäuses dürfte eher mäßig sein.

Max

von Karl (Gast)


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Neben der theoretischen Erwärmung der Leiterbahn steht noch die 
tatsächlich umgesetzte Leistung und die tatsächliche Entwärmung.

1 cm lang, 3 mm breit, 35µm Kupfer macht 1,7 mOhm und damit ca 0.7 W.

Nun ist es nicht so einfach überhaupt einen Kontaktwiderstand in der 
Größenordnung zu erreichen. Also entsteht noch mehr Wärme. 
Wahrscheinlich mehr als in der Leiterbahn selbst.

Allerdings wird auch ein Großteil der Wärme bei lokal kleinen 
Verengungen einer Leiterbahn über die breiteren Zuleitungen abgeführt. 
Ich kenne ein Beispiel, da wurde der Pin eines Steckers mit 0.35 mm 
angefahren und es gehen 8 A darüber. Weil dieses Stück kurz war, gab es 
aber kein Problem.

Ich behaupte, dass es gehen kann aber nicht gehen muss. Es hängt viel 
von der Konstruktion der Zuleitungen ab. Das ist natürlich schwierig zu 
berechnen, daher Versuch!

Zur not gibt es 70 und 105 µm Kupfer für kleines Geld.

von Claude M. (stoner)


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Danke schon mal für die rasche Antwort. 6mm geht leider nicht, die bring 
ich im layout nicht unter. Möglich wäre natürlich auf 70um Kupferdicke 
zu erhöhen und die Bahnen zweiseitig zu führen. Oder einfach einen 
Kupferdraht drauf zu löten.

Die Klemmen sind natürlich auch auf 20A ausgelegt.

von Christian B. (luckyfu)


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wenn es geht nimm 70 oder gar 105µm Kupfer. Das ist nicht so viel 
teurer. Musst halt schauen, feinstpitchige Bauteile werden dann nicht 
mehr anschließbar sein, da die Strukturbreiten, die sinnvoll Fertigbar 
sind natürlich mit zunehmender Kupferdicke auch zunehmen.

von Stephan C. (stephan_c)


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Wenn die Zuleitungen übereinander verlegt werden, könntest du dann nicht 
auch noch über den gesamten Weg VIAs in die Leitungen setzen?

von wmmm (Gast)


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> Reichten die 3mm Bahnen auf meiner Platine nun oder sind Module die man
> kaufen kann einfach nur China-Schrott, die sich bei längerer 20A
> Belastung in Rauch auflösen?

S. Anhang.
Mit den gegeben Formeln lassen sich solche Betrachtungen anstellen.

von Georg (Gast)


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wmmm schrieb:
> Mit den gegeben Formeln lassen sich solche Betrachtungen anstellen.

Kann man nicht - die rechnen den Widerstand aus, aber nicht die 
Temperatur.

Georg

von wmmm (Gast)


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Georg schrieb:

> Kann man nicht - die rechnen den Widerstand aus, aber nicht die
> Temperatur.

Und?

Die Grenztemperatur legt man fest, hier sind es eben tolerierte 90°C.
Welche Temp. sich tatsächlich unterhalb maximaler Belastung einstellt 
ist doch egal. Einzig ob das zugrundegelegte Material heute verwendetem 
entspricht bliebe zu prüfen.

von Georg (Gast)


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wmmm schrieb:
> Und?
>
> Die Grenztemperatur legt man fest

Ja, aber deine superduper Software berechnet ja nicht, wie warm die 
Leiterbahn bei einem bestimmten Strom wird, da kannst du festlegen was 
du willst.

Georg

von Toxic (Gast)


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von wmmm (Gast)


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Toxic schrieb:
> Ohne Worte - dafuer sorgen schon nachkommende Kommentare...?
>
> http://mustcalculate.com/electronics/pcbtracewidth.php

Den anderen habe ich jetzt nicht angeguckt, war grad kurz beschaeftigt.
Der kommt zu gleichen Ergebnis.

Software Brain 1.0 (pregooglium)
----

Der Strom soll ueber Hallsensoren bestimmt werden,
nicht ueber den Spannungsabfall

20 A,  3 mm breit

Diagramm Stromtragfaehigkeit

noetiger Leiterquerschnitt extrapoliert ~ 350 mils^2
3oz Cu (105μm) 4,2 mil 350/4,2 ~ 83 mil

min. 2,1mm Breite bei 105μm Kupfer dt 60° C@20A

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