Hallo, ich möchte eine 4-Kanal PWM-Steuerung mit IRF540 MOSFETs entwickeln. Wenn ich die entsprechenden Stromstärken durch eine Leiterbahn-Berechnung jage, dann brauche ich locker 12mm Breite, was aber bei den TO220-Gehäusen der MOSFETs nicht geht. Als Software für das Layout verwende ich KiCAD. Ich möchte nun die Leiterbahnen, die größere Stromstärken transportieren sollen von der Lackierung befreit lassen, so dass dort auch Lötzinn aufgetragen wird, wodurch höhere Stromstärken möglich sind, ohne dass da etwas durchraucht. Hat jemand einen Tipp, wie das geht? Viele Grüße, Thomas
Was sind Deine Vorgaben für den max. Spannungsabfall? Schon 0,25mm Leiterbahn fusen ert bei 4A. Also für welchen Strom meinst Du 12mm Leiterbahnen zu benötigen und wie lang sind die Leiterbahnen? Lötzinn hat auch einen deutlich höheren Widerstand als CU. Thomas schrieb: > wie > das geht? Mit einer Lötwelle oder eben mühseelig per Hand. Oder über eine angepasste Pastenmaske und Reflow Ofen. Such Dir was aus. Aber erstmal solltest Du checken ob Du diese Verzinnung überhaupt brauchst indem Du Daten lieferst, den Spannungsabfall und die Leistung über der Leiterbahn berechnest.
Thomas schrieb: > IRF540 MOSFETs entwickeln. Wenn ich die entsprechenden Stromstärken > durch eine Leiterbahn-Berechnung jage, dann brauche ich locker 12mm > Breite 16A über IRF540 ? Aus welcher Steinzeit bist du denn entsprungen ? Nimm einen modernen MOSFET, dann sparst du erheblich am Kühlkörper. Dick verzinnen halbiert den Widerstand höchstens, bringt aber eine deutlich höhere Impulsbelastbarkeit wegen mehr thermisch träger Masse. Nimm lieber Leiterbahn auf Vorder und Rückseite parallel
Danke für die schnelle Antwort. Ich habe den Rechner von digikey.de verwendet: https://www.digikey.de/de/resources/conversion-calculators/conversion-calculator-pcb-trace-width Ca. 20A Strom sollen durch die IRFs fließen können (ja, ich weiß, dsa Bauteil selber kann sogar mehr), die Länge hat wenig am Resultat geändert. Die Leiterbahn-Dicke beträgt wohl 1 oz. Ja, ich weiß, Kupfer ist der beste Leiter, aber wenn ich die Leiterbahnen durch Verzinnung dicker mache, sollte ich bei ca. 2mm Breite an den MOSFETs auf der sicheren Seite sein. Ich wüsste einfach gerne, wie ich das dann dem KiCAD "beibringe", damit mir JLCPCB die passenden Boards liefert.
Wo genau ist das Problem? Die Lage, die den Lötstopplack darstellt, muss dort freigestellt sein, wo du das Kupfer mit Lötzinn benetzen willst. Denn das ist eine Negativ-Lage. (Zumindest kenne ich es nur so.) Deine Lötpads der Bauteile sind ja auch vom Lötstopplack freigestellt. Dass man am Bauteil die nominellen Kupferbahnbreiten nicht einhalten kann, ist ja normal. Deshalb gleich danach breiter werden. Mit dicken Vias im Bereich der Erwärmung - aber NICHT im direkten Stromweg - bekommst du zusätzlich Wärmekapazität. Wenn man es sauber macht.
Du kannst ab ein paar mm weg immer breiter werden. Ansonsten nimmt man Kupferdraht, dann man parallel lötet, egal ob mit Isolierung oder ohne. Freistellen der Leitung = manuell Polygone im lötstopplack-layer.
Thomas schrieb: > MaWin, wenn Du eine gute Alternative zum IRF540 kennst, dann immer her > damit. :-) Bemühe doch einfach die Suche bei Digikey, wenn du schon deren Taschenrechner verwendest. Da gibt es Tausende, und alle sind besser. Sofern lieferbar.
Hi. Und von 35um auf 70um Kupfer wechseln ? Das halbiert die Breite. Und 70um sind auch für kleine Bautele und deren Pads machbar. ( Finepitch..)
Thomas schrieb: > MaWin, wenn Du eine gute Alternative zum IRF540 kennst, dann immer > her damit. :-) Reale Anforderungen, her damit. Realer Strom reale Spannung, reale PWM. Irgendwas in SO8?
Hallo Thomas. Thomas schrieb: > Ich möchte nun die Leiterbahnen, die größere > Stromstärken transportieren sollen von der Lackierung befreit lassen, so > dass dort auch Lötzinn aufgetragen wird, wodurch höhere Stromstärken > möglich sind, ohne dass da etwas durchraucht. Hat jemand einen Tipp, wie > das geht? Indem Du in das Lötstopplayer die Leiterbahnen, die frei bleiben sollen, hineinzeichnest. Also in F.Mask für die Bestückungsseite oder B.Mask für die Lötseite. Wenn Du das auf der Lötseite machst, wird das beim Wellenlöten mit verzinnt. Trotzdem habe ich persönlich die Erfahrung gemacht, dass das nicht funktioniert. Weil der Leitwert von Lötzinn im Vergleich zu dem von Kupfer zu schlecht ist. Deine Zinnschicht wird so nicht dick genug..... Zielführender ist es, einen 1,5 oder 2,5 Qudraht (oder noch mehr) starren Kupferdraht längst über die Leiterbahn zu Löten. Du musst ihn auch nicht komplett verlöten, sondern nur am Anfang und Ende, an Knotenpunkten, wo viel Strom eintreten soll und zwischendurch, damit er mechanisch nicht labbert. Das funktioniert viel besser. Ausserdem ist Zinn sch... teuer im Vergleich zu Kupfer. Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic http://www.l02.de > Viele Grüße, > Thomas
Hallo, du hast auch noch die folgenden Möglichkeiten etwas mehr Strombelastbarkeit rauszuquetschen: 1. Anpassung der Kupferdicke auf 2oz (70um). Das bieten die meisten PCB Hersteller gegen Aufpreis an. 2. Ich habe schon privat 1,5 oder 2,5 mm² Kupfderdrähte gebogen und flächig auf die Leiterbahnen gelötet. Das funktioniert sehr gut. Guter Lötkolben mit entsprechender Spitze vorausgesetzt
Thomas schrieb: > Ja, ich weiß, Kupfer > ist der beste Leiter, aber wenn ich die Leiterbahnen durch Verzinnung > dicker mache, sollte ich bei ca. 2mm Breite an den MOSFETs auf der > sicheren Seite sein. Weil der spezifische Widerstand von Lötzinn deutlich höher als der von Kupfer ist, bringt das nur wenig. Das Auflöten eines passend gebogenen Kupferdrahtes (1,5...1,5mm²) bringt da deutlich mehr. Das lohnt sich natürlich nur bei Einzelstücken.
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Wir arbeiten mit 16A über eine 8mm breite verzinnte Leiterbahn (35um). Für die Anbindung an die 5 polige Klemmleiste musste die Leiterbahn sogar auf 3mm reduziert werden. Das wird im Dauerbetrieb nur warm. MaWin schrieb: > Nimm lieber Leiterbahn auf Vorder und Rückseite parallel Das ist die beste Lösung. Dann spart man sich das Zinn und die Bahn kann wieder mit Lötstopplack überzogen werden.
Michael M. schrieb: > Wir arbeiten mit 16A über eine 8mm breite verzinnte Leiterbahn (35um). > Für die Anbindung an die 5 polige Klemmleiste musste die Leiterbahn > sogar auf 3mm reduziert werden. Das wird im Dauerbetrieb nur warm. Mag sein, aber hast du mal den Widerstand mit und ohne Lötzinn gemessen? Natürlich mit einer Vierdrahtmessung.
Hallo Michael. Michael M. schrieb: > Wir arbeiten mit 16A über eine 8mm breite verzinnte Leiterbahn (35um). > Für die Anbindung an die 5 polige Klemmleiste musste die Leiterbahn > sogar auf 3mm reduziert werden. Das wird im Dauerbetrieb nur warm. Es gibt genug Fälle, z.b. bei Sperrwandler, wo Du Deinen Strompeak möglicht schnell erreichen willst, weil sonst der Wirkungsgrad total kaputt geht. Da kommt es ev. zuerst weniger auf ein bisschen Wärme an als auf Zeitkonstanten beim Stromanstieg. Die Erwärmung kommt dann später anderswo. :( > > MaWin schrieb: >> Nimm lieber Leiterbahn auf Vorder und Rückseite parallel > Das ist die beste Lösung. Dann spart man sich das Zinn und die Bahn kann > wieder mit Lötstopplack überzogen werden. Das ist eine gute Lösung. Beim Routen ist es aber manchmal nicht so einfach, wenn Du irgendwo Vorder- und Rückseite gleichzeitig anders benutzt hast. Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic http://www.l02.de
Falk B. schrieb: > Mag sein, aber hast du mal den Widerstand mit und ohne Lötzinn gemessen? > Natürlich mit einer Vierdrahtmessung. Einen solchen Vergleich fände ich auch mal interessant, wobei viele Leser hier im Thread sich wohl nicht so gut mit der Vierpolmessung auskennen.
Michael M. schrieb: > Wir arbeiten mit 16A über eine 8mm breite verzinnte Leiterbahn (35um). Da hier die Leiterbahnen so kurz sind, werden die sowieso über die Bauteile mit gekühlt. Was du auch machen kannst, wenn du mit 70µm Kupferdicke keine Routingprobleme erhältst (Finepitch BE gehen da evtl. nicht mehr), dir aber 70µm nicht ausreichen und du mehr als 10 pro Jahr brauchst, würde ich mich mal bei wirelaid umsehen. Da gibt es Firmen, die das machen (Würth, KSG (früher Häusermann)). Das ist durchaus eine Alternative, wenn es nur wenige Leiterbahnen betrifft, da kostengünstiger als einen Draht händisch aufzulöten. Aber nur, wenn's wirklich ne Serie wird. Bei 20 Musterplatinen rechnet sich das noch nicht. Wenn du, wie heute allgemein üblich, hauptsächlich SMD Bauteile einsetzt wird das mit dem Zinn nochmal schwerer, da diese Platinen dann Reflow gelötet werden. d.h. du musst die Leiterbahnen nicht nur im Stopplack freistellen sondern auch in der Pastenmaske. Allerdings ist die Frage, ob das überhaupt geht ohne dass diese zu Instabil wird. Über welche Strecken reden wir hier überhaupt? Wie gesagt, wenn das nur 2cm sind, ist es relativ egal, da dann die Leiterbahn von den aufgelöteten Bauteilen oder Kabeln gekühlt wird. Das funktioniert halt ab einer gewissen Entfernung nicht mehr und dann muss man halt schauen. Auch kann man beim FR4 dann auf TG170 setzen um etwas mehr Reserve zu haben bevor es die Platine zerlegt. Eine Karbonisierung durch Hitze willst du keinesfalls. Auch Delaminierung ist kein wünschenswerter Zustand, beides ist bei zu viel Temperatur aber möglich. p.s.: Was nichts bringt ist, mehrere Leiterbahnen parallel in mehreren Lagen zu verwenden und diese auf der ganzen Länge mit Vias zu verbinden. Diese tragen dann nämlich, außer am Start- und Endpunkt der Verbindung, nahezu nichts zur Stromtragfähigkeit bei und verringern dir somit nur den Leiterquerschnitt. Das wäre also eher Kontraproduktiv. Gesehen habe ich das aber dennoch schon. Das ist wie mit den Isolationsgräben um Kriechstrecken zu erhöhen. Das ist nur in wenigen Ausnahmefällen wirklich zielführend.
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Das verzinnen von Leiterbahnen kenne ich eigentlich nur noch als ganz einfachen Kühleffekt. Das Zinn ist der Korrisionsschutz fürs Kupfer, weil der thermisch isolierende Lötstop freigestellt ist... Für Designs mit mehr Strom[tm] kann man heutzutage locker ein oder zwei zusätzliche Kupferfolien einplanen, wo man die Leitungen draufkopiert. Kost nicht mehr so viel extra, zum Teil ist eine 4L Platine billiger als eine 2L Dickkupfer.
Christian B. schrieb: > Das ist wie mit den Isolationsgräben um > Kriechstrecken zu erhöhen. Das ist nur in wenigen Ausnahmefällen > wirklich zielführend. Bei uns ist das so ziemlich immer zielführend. Wie kommst du zur der Annahme?
Zero V. schrieb: > Bei uns ist das so ziemlich immer zielführend. Wie kommst du zur der > Annahme? Weil das oft genug unter Bauteilen gemacht wird. Dabei wird allerdings vergessen, das das Bauteil ebenfalls ein Gehäuse hat und somit schließt man die Fräsung über das Gehäuse quasi kurz. Aber das ist ein anderes Thema, welches hier auch schon öfter erörtert wurde. Da wird dann mit CTI Werten argumentiert, aber das interessiert den TÜV mal so überhaupt nicht. Wenn das Gehäuse nicht hermetisch dicht ist, hat man Verschmutzungsgrad 3 und damit wird automatisch Staub unterstellt welcher den CTI herabsetzt. Tja und wenn du dann 8,4mm Kriechstrecke unter dem Optokoppler brauchst, der aber nur 8mm Pinabstand hat, nützt dir auch ein 6mm breiter Graben unter dem Bauteil nichts. Die kürzeste Kriechstrecke bleibt 8mm. Auch wenn der Graben 5cm breit ist. Da hilft nur ein Bauteil auszuwählen was mehr Pinabstand aufweist und wenn das nicht geht, kann man 2 Bauteile auch kaskadieren wenn beide für die notwendige Isolierfestigkeit zugelassen sind und beide zusammen mindestens die notwendige Kriechstrecke ergeben. Sprich: Bei 4kV und 8,4mm könnte ich 2 4kV feste Optokoppler mit 8m Pinabstand hintereinander bauen, dann hätte ich im besten Fall 16mm bei einer Spannungsfestigkeit von weiterhin 4kV. Ich könnte sogar ein kleineres Gehäuse mit 6mm Pinabstand wählen, da 2mal 6 eben 12mm sind. am lustigsten fand ich eine Isolierfräsung um ein IGBT Pin herum. Damit konnte man die Kriechstrecke an den Lötstellen auf 6mm erhöhen, aber am Gehäuse war es dennoch unter 2... Einzig bei manchen Trafos ist so etwas sinnvoll. Die haben dann aber spezielle, auf der Unterseite stark zerklüftete Gehäuse (Grabenbreite mindestens 1mm, alles was kleiner ist gilt als 0)
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Christian B. schrieb: > Weil das oft genug unter Bauteilen gemacht wird. Dabei wird allerdings > vergessen, das das Bauteil ebenfalls ein Gehäuse hat und somit schließt > man die Fräsung über das Gehäuse quasi kurz Ok, aber damit gehst du von blutigen Anfängern oder Entwicklern ohne Ahnung aus.
Zero V. schrieb: > Christian B. schrieb: >> Weil das oft genug unter Bauteilen gemacht wird. Dabei wird allerdings >> vergessen, das das Bauteil ebenfalls ein Gehäuse hat und somit schließt >> man die Fräsung über das Gehäuse quasi kurz > > Ok, aber damit gehst du von blutigen Anfängern oder Entwicklern ohne > Ahnung aus. Oder das der Entwickler es leid geworden ist, mit seinem Cheff alles auszudiskutieren. Da man das nicht so selten sieht, scheint es gelegentlich ja auch alle Tests zu passieren, und Cheffe kan sich auf die Schulter klopfen. ;O) Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic http://www.l02.de
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Oder weil der Entwickler einfach beratungsresistent ist. Selbst schon erlebt. Da wurden ganz prinzipiell alle GND Planes mit Vias im 2mm Raster zugespamt, einfach, weil man stolz darauf war, die Funktion dafür im Programm gefunden zu haben. Eben jener Entwickler hat auch den IGBT mit Isolationsgraben und Leiterbahnen komplett zur Erhöhung der Stromtragfähigkeit mit Vias versehen. Nur ein, in der Serie funktionierendes, Design hat er nie hin bekommen. Er entwickelt aber nun auch keine Schaltungen mehr, einem Arbeitsplatzwechsel wurden keine Steine in den Weg gelegt, will ich mal sagen... Aber man sieht dergleichen schon öfters. Ich weiß nicht, ob die Entwickler alle Anfänger sind, die das verzapfen. Manchmal denke ich, ist es einfach übersehen worden. Einen Nutzen hat es in jedem Fall: wenn ein halbwegs Fachkundiger sich das anschaut, sieht er gleich, dass an dieser Stelle mit höheren Spannungen zu rechnen ist. Andererseits untersuchen Fachkundige eine unbekannte Schaltung auch erstmal stromlos
Sebastian schrieb: > Was wäre mit einer Strecke von 0R-Widerständen? Theoretisch müssten 0R-Widerstände unendlich viel Strom aushalten, aber da sind bestimmt auch Grenzen gesetzt.
Michael M. schrieb: > Theoretisch müssten 0R-Widerstände unendlich viel Strom aushalten, aber > da sind bestimmt auch Grenzen gesetzt. Schau halt in deren Datenblatt. https://www.vishay.com/docs/31017/rcwp99.pdf
Hallo Ich rechne gerne ;-) Der IRF540 hat R_DSON=77mR bei 100°Cj hat R_DSON=1.5x77mR=115.5mR P_tot=RxIxI=115.5mRx20Ax20A=46.2W bei 20°Cj hat R_DSON=1.0x77mR=77mR P_tot=RxIxI=77mRx20Ax20A=30.8W ...das ist etwas zuviel an Verlustleistung. Der Kühlkörper wäre extrem groß. Wenn zwei IRF540 parallel geschaltet werden, dann: P_tot=2x(RxIxI)=77mRx10Ax10A=2x7.7W=15.4W das ist schon weniger (aber noch immer extrem) Wenn z.B. der STP160N3LL verwendet wird dann: R_DSONmax=3.2mR P_tot=RxIxI=3.2mRx20Ax20A=1.28W Diese Verlustleistung ist brauchbar gering. Meiner Meinung nach wäre ein Mosfet mit kleinerem R_DSON von Vorteil. so habe ich den STP160N3LL gefunden: https://octopart.com/search?q=MOSFET¤cy=USD&specs=0&case_package=TO-220&case_package=TO-220-3&sort=median_price_1000&sort-dir=asc&rdsonmax=0.003&rdsonmax=0.0032&rdsonmax=0.0033&rdsonmax=0.0034&rdsonmax=0.0035&rdsonmax=0.0038 LG Mike
Sebastian schrieb: > Was wäre mit einer Strecke von 0R-Widerständen? Er hat kein Problem mit der Leiterbahn an sich. Sondern nur mit den letzten paar mm am mittleren Beinchen (drain?). Und da kann er ja für eine Kühlfläche auf der anderen Seite sorgen, also dass die Leiterbahn noch ein wenig weiter geht. Das größere Problem ist oft, dass Leute dann die Pins abschneiden damit es schön kompakt auf die Leiterplatte passt :-))
Hallo, vielen dank für die vielen Antworten. Einige waren wirklich hilfreich (außer die Anmerkung, dass ich einen anderen MOSFET verwenden soll, weil der 540er so veraltet ist). Mir fehlt die Zeit, Dutzende Datenblätter durchzuforsten. Wenn jemand kommentiert, dass der 540er alt ist und dass es bessere Typen gibt, dann wird er ja wohl auch ein paar Vorschläge mit vergleichbaren Werten, jedoch geringerer Verlustleistung (also weniger Widerstand zwischen Drain und Source) haben. Das wäre für mich relevant.... Sonst ist doch beim Schalten für eine Standard-PWM-Anwendung alles ziemlich Wumpe. An das Auflöten zusätzlicher Kupfer-Drähte hatte ich auch schon gedacht. Das ist offenbar der pragmatische Ansatz. ;-) Inzwischen habe ich aber festgestellt, dass die eingeplanten Anschlussklemmen auf 15 bzw. 16A limitiert sind. Bei einer 4-Kanal-PWM muss ich also die Kanäle eventuell einzeln versorgen, wenn jede "Leitung" bis zu 10A liefern können soll. Naja, man lernt halt nie aus.... Den Chinesen scheint sowas bei ihren günstigen Fertig-Platinen ziemlich egal zu sein. Vielleicht kommen die Dinger auch deswegen ohne CE-Logo? Viele Grüße, Thomas
Thomas schrieb: > außer die Anmerkung, dass ich einen anderen MOSFET verwenden soll, weil > der 540er so veraltet ist). Mir fehlt die Zeit, Dutzende Datenblätter > durchzuforsten So so. Armer Junge. Vielleicht solltest du das Elektronik-Basteln sein lassen, dann hast du endlich Zeit.
Hallo Thomas. Thomas schrieb: > Inzwischen habe ich aber festgestellt, dass die eingeplanten > Anschlussklemmen auf 15 bzw. 16A limitiert sind. Bei einer 4-Kanal-PWM > muss ich also die Kanäle eventuell einzeln versorgen, wenn jede > "Leitung" bis zu 10A liefern können soll. Dann denke doch einmal über Schraubklemmen aus Schrauben M4-M6 nach. Eine adaequat lange (Messing)Schraube durch eine durchkontaktierte Bohrung mit einer Mutter kontern. Das ganze zumindest auf der Schraubenkopfseite (Lötseite) verlöten. Die Leitungen mit Ring- oder Gabelkabelschuhen anschliessen. Mutter drüber. Feder/Zahn/Schnoorscheibe als federndes Element und ev. Unterlegscheiben zur Lastverteilung nicht vergessen. Über eine M6 Schraube wirst Du locker 50A schicken können. Der limitierende Faktor ist hier vermutlich die Dicke der Kupferauflage um die Schrauben herum. Meine Erfahrungen beziehen sich auf 70um und 250um Kupferauflage beidseitig. Schraubklemmen aus Schrauben sind zwar etwas fummeliger, aber auch kompakter als Federklemmen oder Schraubklemmen mit Kunststoff oder Keramikgehäuse. Viel Erfolg. Mit freundlichen Grüßen: Bernd Wiebus alias dl1eic http://www.l02.de
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