Hallo Zusammen, ich habe eine 4-Layer Relaismatrix entworfen, die über CAN und Ethernet ansteuerbar sein soll. Die Relais sollen bis zu 15A schalten können. Das ist jedoch sehr selten. In der Regel schalten die Relais 3-4 A. Auf Layer 1 und 4 habe ich eine Massefläche. Die Relaistreiber werden über die Portexpander MCP23017 angesteuert und diese über STM32F407. Rechts und unten an der Platine soll Draht auf die Pads gelötet werden, die dann auf jeweils einen Hochstromstecker gehen. Ich könnte sicherlich jedes kleinste Detail beschreiben, aber dann würde ich euch mit Informationen überfluten. Ich denke die Schaltung sowie das Layout im Anhang beschreiben das wichtigste. Falls irgendwas unklar ist , bitte Fragen. Da ich noch Anfänger bin (Student, 6. Semester, Elektrotechnik) wär es sehr nett, wenn jemand mein Layout und die Schaltung begutachten könnte. Ich weiß , dass es nicht perfekt ist .. Mich würde eher interessieren ob es grundsätzlich funktionieren könnte oder ob ich irgendwo ganz grobe Fehler gemacht habe. Würde mich sehr über Antworten freuen. Vielen Dank für eure Hilfe Viele Grüße, Mathi
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Meinst du nicht, das das ein bisschen viel für kostenlose Hilfe ist? Wie hast Du Dir eigentlich die Kühlung der Platine vorgestellt?
Stefan U. schrieb: > Meinst du nicht, das das ein bisschen viel für kostenlose Hilfe ist? Oh .. Es tut mir leid, wollte nicht unverschämt sein und übertreiben. Stefan U. schrieb: > Wie hast Du Dir eigentlich die Kühlung der Platine vorgestellt? Wird die Platine denn wirklich so warm? Die Leiterbahnen für die 15A Ströme habe ich auf 5 mm ausgelegt, damit die Wärme besser abgehen kann. Aber über eine Kühlung sollte ich mir dennoch Gedanken machen.
Sehe ich das richtig, dass jedes Relais dann eine einzelne Last (3-4 A) schaltet gegen Masse schaltet?
hm? schrieb: > Sehe ich das richtig, dass jedes Relais dann eine einzelne Last > (3-4 A) > schaltet gegen Masse schaltet? Nein, an dem einen Eingang (Layer Rot) fließen die 3-4 A Ströme rein , über das Relais und fließen dann über den Augang ( Layer Blau) wieder ab. Lediglich die MOSFETs, die zum Treiben der Relais da sind, schalten ihre Ströme gegen Masse.
Ich glaube die Überprüfung des Layouts war doch etwas zu viel des Guten ..
Vielleicht solltest du die Fragen präziser Stellen und nicht darum bitten wirklich alles zu überprüfen. Was sagen denn der DRC?
Hallo Matthi,
ich halte das gewählte Gesamtkonzept nicht für sinnvoll.
Ich würde Dir vorschlagen Deine Idee in Teilmodule zu unterteilen.
Vorschlag:
1 - Steuerinterface
2 - Relaiskarte mit einer maximal vertretbaren Stromaufnahme
(z.B. 1 bis 2 Relais)
Auf Relaiskarte 2, die Du ja zahlreich in Deinem Aufbau verteilen kannst
und mehrfach bauen, kannst Du wunderbar die Treiber mit einigen Relais
unterbringen und so einen internen Bus bauen.
Bei einem Defekt tauscht Du nur den defekten Teil und die anderen Teile
können vielleicht schon mal weiterlaufen.
Oder alternativ:
Hutschienenmontage der Relais und das Steuerinterface steuert einfach im
Schaltschrank Deine Relais im Sockel an. So können die Relais ganz
einfach getauscht werden.
Gruß Sven
hm? schrieb: > Was sagen denn der DRC? Der DRC gibt keine Fehler bzw. es wurden alle Fehler behoben. hm? schrieb: > Vielleicht solltest du die Fragen präziser Stellen Stimmt wohl: Mich würde interessieren ob die µC-Beschaltung soweit in Ordnung ist, sofern man das schnell überblicken kann. Andere Frage: Die MOSFETs schalte ich gegen Masse. Was wäre wenn ich mehrere MOSFETs ( bspw. 50 ) gleichzeitig gegen Masse schalte. Würde das die µC-Beschaltung beeinflussen ? Ich denke darüber nach die Massefläche aufzutrennen.
Sven K. schrieb: > Ich würde Dir vorschlagen Deine Idee in Teilmodule zu unterteilen. Ja, die Idee kam mir auch aber leider erst im nachhinein. Ich denke bei einer zweiten Version ( wenn es eine geben wird ) würde ich die Platine in Teilmodule unterteilen.
Matthi schrieb: > Die Relais sollen bis zu 15A schalten können 1. 5mm Leiterbahnen bei 35µ reichen gerade für die Hälfte des Stroms. 2. Die Leiterplatte ist geeignet zum Schalten von 12 oder 24 V Lasten, nicht aber für 230 V. Georg
Matthi schrieb: > hm? schrieb: >> Was sagen denn der DRC? > > Der DRC gibt keine Fehler bzw. es wurden alle Fehler behoben. > > hm? schrieb: >> Vielleicht solltest du die Fragen präziser Stellen > > Stimmt wohl: Mich würde interessieren ob die µC-Beschaltung soweit in > Ordnung ist, sofern man das schnell überblicken kann. > Stell dafür bitte Beschaltung des µC noch einmal einzeln dar. Auf dem großen Layout sind teilweise Leitungen die ins nichts führen.
Georg schrieb: > 1. 5mm Leiterbahnen bei 35µ reichen gerade für die Hälfte des Stroms. Okay, da hat mir der Hardwareentwickler aus der Nachbarabteilung wohl Müll erzählt. Er sagte zwar, dass 5mm schon hart an der Grenze ist aber noch reichen sollte. Georg schrieb: > Die Leiterplatte ist geeignet zum Schalten von 12 oder 24 V Lasten, > nicht aber für 230 V. Ich Schalte bis maximal 24 V Lasten
Es kommt immer darauf an welche Erwärmungen der Leiterbahn du zulassen kannst/willst. Ohne das Kühlkönzept oder die Umgebung zu kennen kann man darüber keine pauschale Aussage treffen.
Matthi schrieb: > Okay, da hat mir der Hardwareentwickler aus der Nachbarabteilung wohl > Müll erzählt. Er sagte zwar, dass 5mm schon hart an der Grenze ist aber > noch reichen sollte. Glaubst Du einem anonymen Gast in einem Forum mehr als einem Kollegen, dessen Fähigkeiten und Kenntnisse Du sehr, sehr viel besser kennen müßtest?
Georg schrieb: > Matthi schrieb: >> Die Relais sollen bis zu 15A schalten können > > 1. 5mm Leiterbahnen bei 35µ reichen gerade für die Hälfte des Stroms. > > 2. Die Leiterplatte ist geeignet zum Schalten von 12 oder 24 V Lasten, > nicht aber für 230 V. > > Georg Bei 5mm und 35µm ergibt es bei 16 A eine Temperaturerhöhung von 60°C.
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hm? schrieb: > Stell dafür bitte Beschaltung des µC noch einmal einzeln dar. Auf dem > großen Layout sind teilweise Leitungen die ins nichts führen. Ist es so besser ? Ohje .. ich hätte den Thread vielleicht doch etwas besser Strukturieren sollen. Ich hoffe ihr verzeiht mir diese Überflutung .. :-/
hm? schrieb: > Bei 5mm und 35µm ergibt es bei 16 A eine Temperaturerhöhung von 60°C So etwa. Matthi schrieb: > Okay, da hat mir der Hardwareentwickler aus der Nachbarabteilung wohl > Müll erzählt Nicht total Müll, aber 60 Grad würde ich nicht zulassen (Temperaturerhöhung! bei 30 Grad Umgebung sind das schon 90 Grad). Ausserdem potenziert sich das Problem, wenn mehrere Relais solche Ströme einschalten. Es gibt mehrere Lösungen für so ein Problem, v.a. kommen dickere Cu-Schichten in Frage. Leider ist es nicht so, dass doppelt dick = halbe Temperatur. Besorg dir den "Saturn PCB Toolkit" und rechne selbst. Georg
Nachtrag: Relais, die 15 A schalten, werden noch zusätzlich heiss. Georg
Okay, also sollte unbedingt ein ordentliches Kühlkonzept her .. Ich habe nun öfters gelesen, dass man die Kühlung auch über eine "Plane" vornimmt. Ist bei Verwendung einer Plan noch die Bestückung auf beiden Seiten der Platine dann noch möglich ?
Matthi schrieb: > > Da ich noch Anfänger bin (Student, 6. Semester, Elektrotechnik) wär es > sehr nett, wenn jemand mein Layout und die Schaltung begutachten könnte. > Ich weiß , dass es nicht perfekt ist .. Wieso kippst Du dann das hier ab und fragst um Hilfe? (Und warum antworte ich überhaupt darauf?) oder anders gefragt: warum machst Du es nicht so gut Du es kannst und kommst dann mit konkreten Fragen hierher? > Mich würde eher interessieren ob > es grundsätzlich funktionieren könnte oder ob ich irgendwo ganz grobe > Fehler gemacht habe. > > Würde mich sehr über Antworten freuen. ich weiß nicht ob Du dich über meine Antwort freuen wirst... Ein Schaltplan, bei dem Bauteilnamen durch Leitungen überdeckt wird ist Krixikraxi aber kein Schaltplan. Es geht nicht hier nicht um Rätselraten der pt. Helfer oder gar Kundschaft sondern es soll ein Schaltplan gelesen und verstanden werden. Also - Ausrichtung der Namen und Refdes so, daß sie lesbar sind. Das betrifft vor allem - aber nicht nur die Relais-FETs. Schaltpläne ohne Bauteilbezeichungen (was ist das große Ding rechts außen am Seite2`Prozessor? FPGA? Kuddelmuddel? Und IC11 mit >VALUE ist auch nicht sonderlich hilfreich. Du kannst Dir das GND bei jedem GND-Symbol sparen, der Text ist unnötig und erzeugt informelles Rauschen, das bei IC1 (und den anderen, die davon kopiert wirden sind) recht zu Unleserlichkeit führt. auch der Kerko ist zwar nett, hat aber an der Stelle im Schaltplan nix verloren sondern gehört einige mm weiter nach rechts. Entweder heißt das Netz Vcc oder 5V, beides zusammen geht nicht (um QG1) Und bevor das nicht gefixt ist ist jede weitere Schaltplananalyse für den sprichwörtlichen Hugo. Was das Layout betrifft: Nun... die Beschriftung im Layout ist Katastrophal und ein erster Blick auf die I2C-Dekoder zeigt, daß die 5V Versorgung mehr als Verbesserungswürdig wäre und GND nicht einmal ansatzweise an dern Kerkos als auch an den ICs kontaktiert wurde, lies also erst einmal die üblichen Layouthinweise und handle danach und dann kommen mit sauberen Schaltplänen (als pdf) und Layout, das nicht die Hälft der Infos durch Verschleierung mittels unlesbarem Text verdeckt wieder. Es ist im Layout auch völlig uninteressant ob ein Kerko 100n oder was anderes hat - wichtig ist, daß der Refdes dort steht denn nur so läßt sich erkennen ob der C, der im Schaltplan diese Funktion hat auch im Layout dort sitzt wo er layouttechnisch hingehört. Über die Strombelastbarkeiten wird eh schon ausreichend intensiv diskutiert. Viel Erfolg.
Matthi schrieb: > Ich habe > nun öfters gelesen, dass man die Kühlung auch über eine "Plane" > vornimmt Das nützt für dein Problem garnichts. Mit einer Cu-Fläche kann man nur die Wärme von z.B. einem Transistor oder IC etwas weiter verteilen, um Hotspots zu vermeiden. Was hilft ist nur den Widerstand der Leiterbahnen verkleinern, damit weniger Wärme anfällt. So wie das Layout aussieht, kann man die Leiterbahnen nicht breiter machen ohen komplettes neues Layout, geht also nur eine Cu-Dicke von 70 oder 105 µ, aber dann musst du erst mal einen Fertiger finden, der zugleich so dicke Leiterbahnen und deine hauchzarten Logiksignale fertigen kann. Das gibt es natürlich, es gibt fast alles, kostet aber Geld. Georg
> Wird die Platine denn wirklich so warm?
Ich dachte da viel mehr als die Relais. Die geben annähernd 100% ihrer
Stromaufnahme als Wärme ab, dazu kommen Verluste in den Kontakten.
Das ist ein sehr häufiger Fehler, den ich in kommerziellen Geräten
gesehen habe. Zu viele Relais zu dicht gepackt. Du wirst wohl einen
Ventilator direkt davor bauen müssen.
Georg schrieb: > Es gibt mehrere Lösungen für so ein Problem, v.a. kommen dickere > Cu-Schichten in Frage. Leider ist es nicht so, dass doppelt dick = halbe > Temperatur. Und warum bitte nicht? An der kühlenden Oberfläche ändert sich nichts und die Verlustleistung sinkt bei konstantem Strom linear mit dem Widerstand.
Georg schrieb: > Es gibt mehrere Lösungen für so ein Problem, v.a. kommen dickere > Cu-Schichten in Frage. Leider ist es nicht so, dass doppelt dick = halbe > Temperatur. Besorg dir den "Saturn PCB Toolkit" und rechne selbst. Habe nur mal drübergeflogen. Mit diesen Stromgrößen würde ich keine Platine mehr allein lassen. Bein meinen Kfz-Platinen damals habe ich für die richtig fetten Verbraucher (Magnetschalter, Kühlergebläse ... 16A) 2.5 oder 4qmm Kupferdraht auf die Leiterbahnen gelötet. Damit gabs dann auch nie Probleme. Aber sich bei soviel Ampere allein auf die dünne Kupferschicht zu verlassen, kann sowas von nach hinten losgehen....
Matthi schrieb: > Ist es so besser ? Ne, Leiterplatten mit Masseflächen ohne technischen Grund zu fluten ist zu einer modischen Unsitte geworden. Was bezgl. der Wärmeproblematik auch nicht beachtet wurde, ist der Stromverbrauch jedes Relais. In der Summe läppert sich das. Über die Mängel im Schaltplan wurde ja schon geschrieben. Man kann das Problem mit Netznamen oder Labels lösen, wie das schon anders im Schaltplan gemacht wurde. Nur muss das dann überall gemacht werden. Daran wie man später mal die Leiterplatte befestigt, sollte man auch mal einen Gedanke verschwenden. Zum Schluss ist das nicht mehr machbar. Die Steuerlogik muss nicht in eine Ecke gequetscht werden, wenn 3/4 des nutzfreien Raums frei verfügbar sind. Den Platz kann man sinnvoll nutzen. Bei solchen monströsen Plänen sollte man die Darstellgröße so wählen das man auch was erkennen kann. Wenn bei Vollzoom nur eine Relaisschaltung gerade mal darstellbar ist, wird das Sichten der ganzen Schaltung zur Quälerei. Hier könnte ein PDF Abhilfe schaffen.
Das Hühnerfutter (tx/rx) am eth-phy's könnte / sollte näher an den ic. Die Beschaltung des Power feedbacks sollte man auch nochmal überarbeiten. Siehe auch datasheet und appnote. Die müssen noch c's ran. Ich würde das auch nicht genau so wie im datasheet veranschlagt machen. Bei 4 lagen kann man da mit der PF-spannung ruhig erst auf die c's fahren.
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