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Forum: Platinen Platine für Stromsenke 5A / 50V. Layout so OK?


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Autor: Energieverheizer (Gast)
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Hallo,

Da ich meinen fliegenden Aufbau für eine Stromsenke zum Akku testen mal 
gegen was "ordentliches" ersetzen möchte habe ich eine Platine dazu 
geroutet.
Eckdaten sind Belastbarkeit bis 5A bei 50V.
Strom ist über I-Set einstellbar.
Habe ich im Layout noch irgendeinen groben Fehler / NoGo drin den ich 
selbst nicht sehe?

Grüße
Energieverheizer

Autor: MiWi (Gast)
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Energieverheizer schrieb:
> Hallo,
>
> Da ich meinen fliegenden Aufbau für eine Stromsenke zum Akku testen mal
> gegen was "ordentliches" ersetzen möchte habe ich eine Platine dazu
> geroutet.
> Eckdaten sind Belastbarkeit bis 5A bei 50V.
> Strom ist über I-Set einstellbar.
> Habe ich im Layout noch irgendeinen groben Fehler / NoGo drin den ich
> selbst nicht sehe?
>
> Grüße
> Energieverheizer

Sieht nicht sooooo schlecht aus.

Schau jedoch das Du die stromführenden Leitungen breiter machst. Die 
Symetrie ist nicht nötig, denn die FETs werden eh lokal geregelt.

Die 470/4k7 - Widerstände am Gate - warum? Auch wenn die FETs nicht 
geschaltet werden und daher der Hub am Gate nicht soooo hoch ist: es 
gibt genau eine Situation, in der die ziemlich zackig abgedreht werden 
müssen:

Du stellst mit I_soll einen Wert ein - und es ist noch keine 
Spannungsquelle angeschlossen. Die FETs werden natürlich voll geöffnet. 
Und dann klemmst Du die Spannungsquelle an... Da Du Akkus erwähnst die 
gewinnen fast immer gegen die FETs.

Also las Dir da was einfallen damit das nie und nicht passiert.

Autor: Tilo R. (joey5337) Benutzerseite
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Mir ist zwar immernoch nicht klar, warum man für eine Stromsenke FETs 
verwenden will. Und dann einen Typ, bei dem ich im SOA-Diagramm keinen 
eingezeichneten DC-Bereich finde.
Und vermutlich nur wegen der Steilheit der FETs brauchst du dann 8 
unabhängige Stromregelungen.
Mit Bipolartransistoren könnten die Shunts im Emitterzweig gleichzeitig 
den Transistorstrom symmetrieren...

Davon unabhängig finde ich das Layout ok.

Autor: René F. (therfd)
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Einige Leiterbahnen könnten breiter sein, im Bereich des 
Massesternpunktes könntest du theoretisch auch die gesamte Fläche 
füllen. Einige Lagenwechsel sind nicht notwendig z.B. zwischen C71 und 
R74.

Es gäbe diverse Stellen an denen du das Layout robuster machen könntest.

Autor: René F. (therfd)
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Generell könnte ich dir noch den Tipp geben alle leeren Flächen zu 
füllen, hat einige Vorteile:

- Platine wirkt dann zusätzlich zu den Kühlkörpern zur Wärmeabfuhr (auch 
wenn dies nur wenige Prozent ausmacht
- Es muss weniger weggeätzt werden, ist deshalb umweltfreundlicher sowie 
Ressourcen-schonender
- du könntest wenn du das Layout noch mal deutlich überarbeitest 
deutlich breitere Leiterbahnen zeichnen, bzw. riesengroße Flächen statt 
den dünnen Leiterbähnchen verwenden


Deine Entstörkondensatoren könnten etwas schöner angebunden sein, 
erfüllen aber trotzdem noch ihren Zweck bei der trivialen Schaltung. Es 
gibt kleinere Bauformen die du theoretisch unter den Sockel für die 
Operationsverstärker platzieren könntest. (Früher gab es sogar für TTLs 
Sockel welche den Abblockkondensator integriert hatten)

Autor: Mw E. (Firma: fritzler-avr.de) (fritzler)
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Die 470R vorm Gate sind völlig in Ordnung, manche Opamps fangen sonst an 
zu schwingen wenn diese die Gatekapazität "sehen".

Allerdings wäre mir persönlich der Aufwand zu hoch um mehrere kleine 
TO220 Fets anzusteuern.
Und eine E-Last hab ich mir auch schonmal gebaut, aber in bipolar und 
32A/50V/400W (was zuerst begrenzt)
AVR: Beitrag "Re: Zeigt her eure Kunstwerke (2017)"
ARM Aufrüstung: 
Beitrag "Re: Zeigt her eure Kunstwerke (2017)"

Wenns unbedingt FETs sein müssen nimm was dickes wie IRFP250/240
Im DB haben die zwar auch keine DC Kennlinie, aber sie wurdn schonmal in 
BK Precision Lasten gesichtet.

Auch mit Platine kann es noch ein fliegender Aufbau sein, erst mit 
Gehäuse ist es dann fertig ;)

Autor: Falk B. (falk)
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Energieverheizer schrieb:

> Eckdaten sind Belastbarkeit bis 5A bei 50V.
> Strom ist über I-Set einstellbar.

Immerhin schon mal 8 FETs anstatt einem, wie es einige Experten immer 
wieder machen. Aber was bitte soll ein 82A/13mOhm FET bei 5/8 = 625mA 
pro Zweig? Totaler Käse. Selbst wenn du bis auf vielleicht 0,8V entladen 
willst, reicht dafür 1,3Ohm minimaler R_DS_ON. Ein oller BUZ11 reicht 
dicke und ist gutmütiger, vor allem weil er weniger Steilheit hat.

> Habe ich im Layout noch irgendeinen groben Fehler / NoGo drin den ich
> selbst nicht sehe?

Ein Pull-Down am I-Set Eingang wäre sinnvoll, damit der ohne Quelle 
keinen Unsinn macht. Außerdem noch ein hochohmiger Pull-Up an jedem 
-Eingang der OPVs, so um die 1-5M, damit man einen klitzekleinen 
Stromoffset reinkriegt und der Regler bei 0V am Solleingang auch 
WIRKLICH dicht macht.

Autor: Energieverheizer (Gast)
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Vielen Dank für die ganzen Tipps.

Leiterbahnen mach ich breiter.

MiWi schrieb:
> Du stellst mit I_soll einen Wert ein - und es ist noch keine
> Spannungsquelle angeschlossen. Die FETs werden natürlich voll geöffnet.
> Und dann klemmst Du die Spannungsquelle an... Da Du Akkus erwähnst die
> gewinnen fast immer gegen die FETs.

Das ist ein guter Hinweis.. Da hab ich jetzt was reingebastelt (siehe 
Anhang). I-Set wird auf Null gehalten solange keine Spannung an V+ 
anliegt.

Die IRF2807 FETs nehm ich deshalb, weil ich davon noch gut 50 Stk liegen 
hab.

I-Set hat schon einen Pulldown. Den sieht man nur nicht im Schaltplan.

Viele Grüße :)

Autor: Cyblord -. (cyblord)
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Ich finde den Aufwand für 5 lumpige Ampere zu heftig. 50A wäre ne 
sinnvolle Hausnummer.

Für so kleine Ströme kommt man mit Hochleistungswiderständen plus 
Kühlkörper und evt. Lüfter viel schneller ans Ziel.

: Bearbeitet durch User
Autor: MiWi (Gast)
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Cyblord -. schrieb:
> Ich finde den Aufwand für 5 lumpige Ampere zu heftig. 50A wäre ne
> sinnvolle Hausnummer.
>
> Für so kleine Ströme kommt man mit Hochleistungswiderständen plus
> Kühlkörper und evt. Lüfter viel schneller ans Ziel.

es spielt aber - glücklicherweise - keine Rolle was du "findest" sondern 
das, was der TO machen will...

Autor: Cyblord -. (cyblord)
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MiWi schrieb:
> es spielt aber - glücklicherweise - keine Rolle was du "findest" sondern
> das, was der TO machen will...

Trotzdem halte ich es für legitim eine solche Meinung zu dem Thema hier 
auch einzubringen.

Autor: Energieverheizer (Gast)
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Jeder darf dazu seine Meinung einbringen, solange es nicht anfängt 
beleidigend zu werden...

Ja, die Senke ist brutal Überdimensioniert für den eigentlichen Zweck.
Aber vileicht will ich ja auch mal mehr Strom, dann ist der begrenzende 
Part erstmal nur der Kühlkörper.

Andere fahren SUV, und ich hab ne unnötig fette Senke ;)

Autor: Mw E. (Firma: fritzler-avr.de) (fritzler)
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Na dann schnall doch erstmaln Lüfter ran und guck was dann weggebraten 
geht.

Autor: Ichbin (Gast)
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So überdimensioniert finde ich das Setup gar nicht!
Du wirst Staunen wie heiß die 250W anden Halbleitern werden!
Das Layout lässt ja keinen allzugroßen KK zu.

Ichin

Autor: Cyblord -. (cyblord)
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Ichbin schrieb:
> So überdimensioniert finde ich das Setup gar nicht!
> Du wirst Staunen wie heiß die 250W anden Halbleitern werden!
> Das Layout lässt ja keinen allzugroßen KK zu.

Es geht nicht um "überdimensioniert". Aber der Aufwand in Layout und 
Bauteile ist groß dafür dass sie eben nur für 5A ausgelegt ist. Das 
schränkt die Nutzbarkeit stark ein und führt das ganze Projekt etwas ad 
absurdum.
30V/30A bei 250W max. Leistung wäre sinnvoller. In dem Bereich rangieren 
käufliche elektronische Lasten der unteren Preisklasse nicht ohne Grund.

: Bearbeitet durch User
Autor: Energieverheizer (Gast)
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Ichbin schrieb:
> Das Layout lässt ja keinen allzugroßen KK zu.

Warum?

Ich kann das ganze doch auf einen beliebig grossen KK schrauben.

Autor: MiWi (Gast)
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Energieverheizer schrieb:
> Ichbin schrieb:
>> Das Layout lässt ja keinen allzugroßen KK zu.
>
> Warum?
>
> Ich kann das ganze doch auf einen beliebig grossen KK schrauben.

Denk Dir nix, da schwubelt einer herum...

Ich hab sowas für eine sehr... dynamische Last mit einem sehr ähnlichen 
Layout - allerdings nur mit 4 FETs pro Modul - für ein bischen mehr 
Leistung  gebaut...

Autor: Energieverheizer (Gast)
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Habe nach einigen Änderungen den Leistungsteil jetzt fertiggestellt.

Es sind jetzt 12 FETs auf einem 200x300x40 mm Kühlkörper geworden.
Die Stromtragenden Leiterbahnen wurden durch 1mm² Kupferlitze ersetzt 
und die Platinen sind getrennt in Leistungs und Steuerteil.

Die Lochrasterplatine obenauf ist noch ein Provisorium zum testen und 
wird später (sobald ich die Steuersoftware fertig habe) gegen die 
eigentliche Steuerplatine ersetzt.

Bisherige Tests liefen schon ganz gut, kein schwingen über den vollen 
Spannungsbereich von 1-60V und Strom 0-10A.
Bei Dauerlast von 400W über 2 Stunden wird der Kühlkörper ca. 65 °C und 
die Transistoren am Gehäuse ca. 110 °C heiss. Da muss ich wohl noch am 
Lüftungskonzept arbeiten.

Grüße
Energieverheizer

Autor: Mehmet K. (mkmk)
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@Energieverheizer
Eine Bitte:

1,14Ah
44,88Wh
38,22V
6A

Autor: MiWi (Gast)
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Energieverheizer schrieb:

Gratulation!

> Spannungsbereich von 1-60V und Strom 0-10A.
> Bei Dauerlast von 400W über 2 Stunden wird der Kühlkörper ca. 65 °C und
> die Transistoren am Gehäuse ca. 110 °C heiss.


Auf welcher Seite des Gehäuses?

Denn 110°C sind nun nix was so schrecklich ist, denn ohne Zwangskühlung 
werden die FETs auf der "Oberseite" ungefähr so warm wie der Halbleiter 
selber - und da sind 110° absolut ok.
Dein Teil wird auch nicht Monate und Jahre durchlaufen und daher sollte 
schon das passen.

> Da muss ich wohl noch am Lüftungskonzept arbeiten.

Es würde helfen wenn die Ventilatoren nicht gegeneinander arbeiten 
müssen sondern so angeordnet werden das sie den _ganzen_Kühlkörper mit 
Luft anströmen. So wie am Foto  werden nur max ca. 2/3  angeblasen - und 
da arbeiten die zur Hälfte auch noch gegeneinander....

Weiters würde ich die FETs gegeneinander versetzen, denn auch die 
arbeiten am KK gegeneinander, die Wärme kann (Bild 1 als Referenz) nur 
nach oben und unten ausweichen - dort wo keine Kühlung auf der anderen 
Seite stattfindet.

mM nach wäre es besser Du drehst die Anordung am KK um 90° und sorgst 
für Luft zwischen allen Kühlrippen, dann hilft das schon besser.

Aber abgesehen von solchem Kleinkram - gut gemacht und nochmals: 
Gratulation

Autor: Name (Gast)
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Leg das Ding mal auf die Seite (nicht front oder Rückseite) und schaue 
dir dann noch mal die Temperaturen an ;)

Autor: Sven S. (schrecklicher_sven)
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Energieverheizer schrieb:
> Da muss ich wohl noch am
> Lüftungskonzept arbeiten.

Die Ventilatoren haben Abstand zum Kühlkörper, da geht Luft verloren.

Energieverheizer schrieb:
> Bei Dauerlast von 400W über 2 Stunden wird der Kühlkörper ca. 65 °C und
> die Transistoren am Gehäuse ca. 110 °C heiss.

An der Transistormontage kannst Du auch noch arbeiten.
1,35 K/W Wärmeübergangswiderstand sind verbesserungsfähig.
Ist es möglich, die Transistoren ohne Isolierung zu befestigen, und 
dafür den KK zu isolieren?

Autor: Max G. (l0wside) Benutzerseite
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Falk B. schrieb:
> Immerhin schon mal 8 FETs anstatt einem, wie es einige Experten immer
> wieder machen. Aber was bitte soll ein 82A/13mOhm FET bei 5/8 = 625mA
> pro Zweig?

Hat immerhin einen Vorteil: mehr Siliziumfläche und damit die 
Möglichkeit, auch mal ein bisschen thermische Energie selber 
wegzustecken (größerer Cth).

Energieverheizer schrieb:
> Bei Dauerlast von 400W über 2 Stunden wird der Kühlkörper ca. 65 °C und
> die Transistoren am Gehäuse ca. 110 °C heiss. Da muss ich wohl noch am
> Lüftungskonzept arbeiten.

Das passt. Die Bauelemente müssten 175°C Tj (also auf dem Silizium) 
abkönnen. Wolltest du das jetzt jahrelang im Dauerbetrieb halten, 
müsstest du mal über Bauteilalterung, also Arrhenius nachdenken. Bei der 
vermuteten Nutzung von ein paar Stunden im Jahr ist das schlicht egal.

Autor: Energieverheizer (Gast)
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Danke für die Antworten.

Ich werde die vier Lüfter dann gegen 2 grössere (140mm) ersetzen und 
diese direkt auf den Kühlkörper montieren.
Den ganzen Kühlkörper um 90° drehen geht leider vom vorgegebenen Platz 
nicht.

Grüße
Energieverheizer

Autor: MiWi (Gast)
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Energieverheizer schrieb:
> Danke für die Antworten.
>
> Ich werde die vier Lüfter dann gegen 2 grössere (140mm) ersetzen und
> diese direkt auf den Kühlkörper montieren.

Sorge dafür das alle Kanäle durchlüftet werden... und das geht am besten 
wenn Du diese Lüfter einfach in einer Reihe von oben nach unten 
anordnest... da braucht es keine neuen Lüfter.

> Den ganzen Kühlkörper um 90° drehen geht leider vom vorgegebenen Platz
> nicht.
>

Du hast mich falsch verstanden: die FETs am KK anders montieren damit 
der Wärmefluß besser wird, nicht die Montage vom KK wo auch immer....

Autor: Energieverheizer (Gast)
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MiWi schrieb:
> Du hast mich falsch verstanden: die FETs am KK anders montieren damit
> der Wärmefluß besser wird, nicht die Montage vom KK wo auch immer....

Ah jetzt!

Da komme ich drauf zurück wenns nicht anders geht, denn das Bohren der 
ganzen Löcher mit dem Akkuschrauber war eine Scheissarbeit..

Grüße
Energieverheizer

Autor: Mw E. (Firma: fritzler-avr.de) (fritzler)
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Deshalb wärs auch ne bessere Idee gewesen weniger Kanäle zu bauen, aber 
die dann mit Transistoren im TO247 Gehäuse.
Oder noch besser TO264, dann kannste 400W mit 4 Kanälen verblasen ;)
Größenvergleich:
https://www.mikrocontroller.net/attachment/340375/SAM_2909k.jpg

Autor: Energieverheizer (Gast)
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Mw E. schrieb:
> Deshalb wärs auch ne bessere Idee gewesen weniger Kanäle zu bauen, aber
> die dann mit Transistoren im TO247 Gehäuse.
> Oder noch besser TO264, dann kannste 400W mit 4 Kanälen verblasen ;)

Das ist durchaus Richtig aber ich hab mich nunmal dazu entschlossen die 
Transistoren zu nutzen die ich noch liegen habe. Sonst liegen die noch 
in 10 Jahren hier rum ;)

Grüße
Energieverheizer

Autor: Energieverheizer (Gast)
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Soo.. Fertig ist der Apparat.

Hab über Pfingsten die Steuerung gebaut.
Hat 10 Speicherplätze, jeder individuell einstellbar, Einstellungen 
werden im EEProm abgelegt.
Die Steuerung besteht aus:
ATMega 8
10 LED
12-Bit R2R DAC (endlich ist die Rolle 3,65k 1% aus der Pollinkiste mal 
zu was gut ;)
4 Tasten
Einstellbereich ist von 45mA bis 11,6A in 2,8mA Schritten.
Im Testlauf war eine Schwankung von ca. +-2mA über 2 Stunden bei 200W zu 
messen. Das ist für meine Zwecke mehr als aussreichend.

Kühlung ist durch andere Anordnung der Lüfter jetzt auch gut.

Autor: Falk B. (falk)
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Max G. schrieb:
> Falk B. schrieb:
>> Immerhin schon mal 8 FETs anstatt einem, wie es einige Experten immer
>> wieder machen. Aber was bitte soll ein 82A/13mOhm FET bei 5/8 = 625mA
>> pro Zweig?
>
> Hat immerhin einen Vorteil: mehr Siliziumfläche

OK, ist aber nicht kriegsentscheidend.

> und damit die
> Möglichkeit, auch mal ein bisschen thermische Energie selber
> wegzustecken (größerer Cth).

Nö, denn die thermischen Kapazitäten wirken nur bei LeistungsPULSen, 
nicht im eingeschwungenen (DC) Zustand. Außerdem sind die ziemlich 
klein, die sind in ein paar ms durchgeheizt.

Autor: Falk B. (falk)
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Energieverheizer schrieb:
> Danke für die Antworten.
>
> Ich werde die vier Lüfter dann gegen 2 grössere (140mm) ersetzen und
> diese direkt auf den Kühlkörper montieren.

Naja, das klingt alls nur nach KdF. Die Lüftzer pusten strunzdummm auf 
ein Wand, die Luft wird weiß der Geier wie verwirbelt. Klar, besser als 
gar nix, aber immer noch deutlich schlechter als eine gescheite 
Luftströmung entlang der Kühlrippen. Dort gehört ein Blech drauf und 
dann die Rippen mit mehren Lüftern schön gerade anblasen.

> Den ganzen Kühlkörper um 90° drehen geht leider vom vorgegebenen Platz
> nicht.

Man könnte den Kühlkörper halbieren und die Hälften mit den Rippen 
gegeneinanden zu einem Luftkanal zusammenschrauben. Dort kann man dann 
schön mit einem Lüfter einpusten! So machen es viele Kühlaggregate.

Aber wie schon von Anderen bemerkt, sind 110°C Gehäusetemperatur für so 
einen Transistor eher eine Wohlfühltemperatur ;-)

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