Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Leiterbahnauslegung für Boost-Converter


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von Oliver S. (oliver_s249)


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Moin, ich bin gerade dabei einen Hochsetzsteller zu bauen der eine große 
Spule mit möglichst viel Strom treiben soll. Mit dem Hochsetzsteller 
wandle ich 40 V Eingangspannung in 160 V Ausgangspannung. Dabei fließen 
auf meiner Leiterbahn für etwa 5 ms laut LtSpice Simulation mit meiner 
Bauteilkonfiguration ca. 95 A bis der Kondensator vor der Spule 
aufgeladen ist. Nun ist meine Frage wie dick ich die Leiterbahn 
gestatlten sollte bei einem so hohen Strom der aber nur für so kurze 
Zeit fließt ?

: Verschoben durch Moderator
von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Oliver S. schrieb:
> ich bin gerade dabei einen Hochsetzsteller zu bauen der eine große
> Spule mit möglichst viel Strom treiben soll.
"Möglichst viel" ist irgendwie ungünstig. Mein Kumpel macht 
Schweißgeräte, das sind 600A nicht mal sooo arg viel...

"Möglichst viel" heißt in der Realität übrigens automatisch auch 
"möglichst teuer".

Besser wäre also, einfach einen numerischen Wert anzugeben.

> Mit dem Hochsetzsteller wandle ich 40 V Eingangspannung in 160 V
> Ausgangspannung. Dabei fließen auf meiner Leiterbahn für etwa 5 ms laut
> LtSpice Simulation mit meiner Bauteilkonfiguration ca. 95 A bis der
> Kondensator vor der Spule aufgeladen ist.
Zeig doch mal deine Simulation, dann hat man auch gleich den Schaltplan 
und deine Bauteilekonfiguration.

> für etwa 5 ms ... ca. 95 A bis der Kondensator... aufgeladen ist.
Keine Sorge, in der Realität musst du da noch irgendwelche Innen- und 
Übergangswiderstände und sonstige parasitäre Effekte berücksichtigen. 
Dann wird der Inrush-Current gleich erträglicher.

BTW: hast du schon mal ein paar Stepups in kleinerer Leistungsklasse 
eintwickelt?

: Bearbeitet durch Moderator
von Oliver S. (oliver_s249)


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Nein ich habe so etwas derartiges noch nicht gemacht ich mache das ganze 
gerade im Rahmen meiner Bacheloarbeit und baue dafür eine Gaußkanone für 
PR Zwecke für die Fakultät deshalb muss ich eine Spule treiben mit dem 
Hochsetzsteller. Also Ja 160 V sind meine Ausgangsspannung und 95 A mein 
Strom der ja auch zum großen Teil davon Abhängt wie groß die Last meiner 
Spule ist wenn ich da nicht falsch liege. Ich hätte jetzt durch noch 
etwas recherche erstmal angenommen das eine Leiterbahn mit 14mm breite 
und einer DIcke von 210 um dem ganzen Stand halten sollte.

von Michael (Firma: HW Entwicklung) (mkn)


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Oliver S. schrieb:
> 160 V sind meine Ausgangsspannung und 95 A mein
> Strom

Natürlich.
Wie immer wenn jemand der noch nie etwas mit Schaltnetzteilen gemacht 
hat, eines bauen will.

von Vorname N. (mcu32)


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: Bearbeitet durch User
von Irgend W. (Firma: egal) (irgendwer)


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Oliver S. schrieb:
> Dabei fließen auf meiner Leiterbahn für etwa 5 ms

Viel interessanter ist wie oft und wie schnell hintereinander kommen 
solche Impulse? Wie lange hat das ganze also Zeit "dazwischen" um 
abzukühlen.

von Harald A. (embedded)


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von Michael B. (laberkopp)


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Oliver S. schrieb:
> Mit dem Hochsetzsteller wandle ich 40 V Eingangspannung in 160 V
> Ausgangspannung.

Na hoffentlich doch geregelt, nicht bloss gestellt.

Oliver S. schrieb:
> wie dick ich die Leiterbahn gestatlten sollte bei einem so hohen Strom
> der aber nur für so kurze Zeit fließt

Im Endeffekt: so breit, dass sie nicht überhitzen. Hängt also von der 
Pausendauer bzw. Wiederholfrequenz ab. Zudem möchte man natürlich 
geringe Verluste, schon 1mOhm führt bei 95A zu 9W Verlust.

Bei 35um Kupferdicke werden die Leitungen schon 21cm breit

https://www.digikey.de/de/resources/conversion-calculators/conversion-calculator-pcb-trace-width

allerdings Dauerlast mit 30 GradC Temperaturerhöhung.

Oliver S. schrieb:
> meiner Bacheloarbeit und baue dafür eine Gaußkanone für PR Zwecke für
> die Fakultät

Prust. Geschlossene Anstalt ?

: Bearbeitet durch User
von Andreas M. (amesser)


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Oliver S. schrieb:
> Dabei fließen
> auf meiner Leiterbahn für etwa 5 ms laut LtSpice Simulation mit meiner
> Bauteilkonfiguration ca. 95 A bis der Kondensator vor der Spule

Der Satz passt nicht zu Deiner Simulation. L2 entlädt ja wohl den 
Kondensator, der vorher aufgeladen wurde. Der Boost Konverter ist doch 
der linke Teil und der Rechte die Gaußkanone?

von Alfred B. (alfred_b979)


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Michael schrieb:
> Oliver S. schrieb:
>> 160 V sind meine Ausgangsspannung und 95 A mein
>> Strom
>
> Natürlich.
> Wie immer wenn jemand der noch nie etwas mit Schaltnetzteilen gemacht
> hat, eines bauen will.

Man blickt da wiederholt in die blauesten Augen der Welt...

Prinzipiell ist ein Switcher die einzig vernünftige Wahl, ist
ja klar. Nur ist sowas (nicht mal mit 1/20 "seines" Stromes)
nichts für "mal schnell nebenbei" - sondern erforderte Monate
bis Jahre an eingehend intensivem Lerneinsatz.

Auch mit noch so viel Hilfe / allg. besten Voraussetzungen.

Aber Oliver:

Tu uns und Dir selbst den Gefallen, hier zu eröffnen, was bei
Deinem Projekt...

1. völlig fix ist, nicht anders gelöst werden könnte.
   (Und alle Parameter der Gaußkanone.)

2. an Equipment und pot. Helfern (& deren Qualifikation) vorh.

Sowie...

3. zum gerade umfaßten Möglichkeits- bitte auch den Zeit-Rahmen.

Nur so läßt sich abschätzen, was wie ginge, und was nicht kann.
Und natürlich (besser/überhaupt), wie man was angehen könnte.

: Bearbeitet durch User
von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Oliver S. schrieb:
> Nein ich habe so etwas derartiges noch nicht gemacht
Vogelwild.
Was sind denn in dieser Schaltung die V2 und die V4 und die V3? Welche 
Taktfrequenz hat dein Stepup (L1, D1, M1)?

> Leiterbahn mit ... einer DIcke von 210 um
Meine Einschätzung: du willst da vermutlich basierend auf einer 
schlachten Simulation unnötigerweise Sondertechnologie einsetzen.

> mit dem Hochsetzsteller.
Deinem Stepup fehlt schon eines der wichtigsten Bauteile: der 
Eingangskondensator. Deine Simulation ist weniger als ein grobes 
Funktionsmodell. In der Praxis wirst du mit dieser "Schaltung" einen 
netten Knalleffekt erleben und viel dabei lernen.

> und 95 A mein Strom
Zur Klarstellung: dieser Strom durch die L2 hat überhaupt nichts mit dem 
Strom durch die Spule L1 des Stepup zu tun.

Es ist einfach nur der Entladestrom des Kondensators durch die L2. Vor 
allem der C1 muss diesen Strompeak aushalten. Ist der Wert für diesen 
Spulenwert eigentlich realistisch?

Zusammenfassend: bei dieser Aufgabe ist die Leiterplatte und die darauf 
befindliche Leiterbahn dein allerkleinstes Problem. Du brauchst erst mal 
eine Schaltung, die theoretisch funktioniert und bei der die Bauteile 
alle im erlaubten Bereich betrieben werden.

: Bearbeitet durch Moderator
von Alfred B. (alfred_b979)


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Lothar M. schrieb:
> dieser Strom durch die L2 hat überhaupt nichts mit dem
> Strom durch die Spule L1 des Stepup zu tun

...sondern I_L1 würde besonders von der geplanten Häufigkeit
-äh- "des Abfeuerns" abhängen.

Überhaupt würde diese die nötige Belastbarkeit (anders gesagt
Stromlieferfähigkeit...) der Versorgung stark mitbestimmen.

"Nachladen" tut man ja in Feuerpausen... auch das Projektil.

Im simpelsten Fall bräuchte man gar keinen Schaltwandler und
die Versorgung würde anders gelöst ... oder zumindest keinen
selbstgebauten, für weniger Strom findet sich eher was.

: Bearbeitet durch User
von Michael (Firma: HW Entwicklung) (mkn)


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Lothar M. schrieb:
> Du brauchst erst mal
> eine Schaltung, die theoretisch funktioniert und bei der die Bauteile
> alle im erlaubten Bereich betrieben werden.

Richtig!
Aber ich würde noch weit früher ansetzen und mich erstmal um all die 
anderen Probleme der Gaußkanone kümmern.
Es gibt Konstantstromquellen mit 160Vmax für LEDs.
So lange das Gauß Gewehr nicht in Dauerfeuer betrieben wird, ist die 
Aufladezeit für den Kondensator völlig unerheblich.

Viel spannender ist es, wie man den benötigten Pulsstrom überhaupt ins 
Magnetfeld bekommt, ob 160V dafür ausreichen und welche brachiale 
Materialschlacht man betreiben muss damit ESR und Eigeninduktivität der 
beteiligten Bauteile nicht den Erfolg verhindern.
Die Synchronisation der einzelnen Stufen wird auch nochmal spannend.

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