Verständisfrage Stromsensor

[M. H. (elektrojockel)]

Guten Tag Zusammen,

bin gerade seit langem mal wieder dabei Hobbymäßig ein kleines Projekt 
umzusetzen.
Kurz dazu: Ich möchte den Strom, den ich meiner zweiten Autobatterie 
entziehe messen und tracken (Als kleine Spielerei).

Dazu bin ich jetzt beim ACS724 in der +-30A Variante gelandet. Mit 
Stromzange habe ich mal bisschen gemessen, mein max. Ladestrom sind 
~22A.

Dann ging es ans Layout, bei dem Strom braucht man wahrscheinlich eine 
ziemlich breite Leiterbahn denke ich mir, kurz mit einem Rechner im 
Internet gerechnet komme ich auf 32mm!! Breite. (Parameter: Strom 30A, 
Ambient Temp: 25°C, Thickness: 1oz/ft², Temp. Rise: 10°C).
Da bin ich zuerst stutzig geworden, dass kam mir für 30A viel vor habe 
da aber auch gar keine Erfahrung. Klar könnte ich auch 2oz/ft² 
bestellen, wird dann aber deutlich teurer denke ich.
Aber gut, den Platz auf der PCB nehme ich mir.

Nun zur eigentlichen Frage: Der Trace zum tatsächlichen Pin ist ja dann 
nur minimal, muss das so eingetellt werden, dass dort keine Thermals 
generiert werden oder ist das soweit schon richtig? Bild von der 
Situation und Schaltplan hänge ich mal mit an.

Danke schon mal für jegliche Hilfe :)

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

M. H. schrieb:
> Rise: 10°C
Da kannst du ruhig einiges mehr an Temeratur zulassen, ohne dass FR4 
gleich braun wird.

> muss das so eingetellt werden, dass dort keine Thermals generiert werden
Narütlich macht man da nicht extra noch eine Engstelle mit Thermals hin. 
Der Pin muss da vollflächig ins Kupfer. Der IC wird sich beim Löten 
schon nicht aufstellen (Stichwort Grabsteineffekt, u.a. dagegen wurden 
die Thermals erfunden).

[M. H. (elektrojockel)]

Alles klar, dann bin ich ja gar nicht so auf dem Holzweg. Danke dir!

[Rainer W. (rawi)]

Lothar M. schrieb:
> Der IC wird sich beim Löten
> schon nicht aufstellen (Stichwort Grabsteineffekt, u.a. dagegen wurden
> die Thermals erfunden).

Grabsteine kannst du bekommen, wenn die Paste unsymmetrisch aufschmilzt.
Den Unterschied von mit/ohne Thermals merkst du beim Handlöten in großen 
Kupferflächen. Dafür brauchst du nicht einmal SMDs.

[Florian L. (muut)]

Zum Restschaltplan:
deine Fan-Schaltung schließt Vcc kurz.
Dein Esp32 wird sicher 3,3V Interfaces haben.
Also brauchst du Spannungsteiler zwischen ACS724 und Esp32.

[Gerd E. (robberknight)]

Das wird hier ja nen Einzelstück, da kannst Du auch Dinge machen die in 
Serie nicht funktionieren.

Also z.B. die Kupferflächen zwischen den Kabeleinführungen und dem 
Sensor komplett ohne Lötstopp fertigen lassen. Dann kannst Du ne Platte 
rohes Kupfer kaufen, z.B. 1 oder 2mm stark, die nötige Geometrie mit ner 
feinen Säge aussägen und dann flächig auflöten.

Bedenke vor allem die mechanische Stabilität und Langlebigkeit vom 
Übergang vom Kabel auf die Platine. Wenn Du da Litze hast, willst Du 
unbedingt vermeiden dass da Lötzinn in die Litze kriecht, das macht das 
Kabel an der Stelle empfindlich für Brüche.

Was ich da schon als Lösungen gesehen habe ist dass das entmantelte 
Endstück mit einem dicken Kabelschuh verpresst wird und dann der 
Kabelschuh auf die Platine gelötet wird. Auch denkbar ist das Crimpen 
von Ösen die dann hinterher auf die Platine geschraubt werden.

Wenn ich sowas machen würde, käme die genau Planung (evtl. mit 
Vorab-Tests) dieses Übergangs direkt nach der Auswahl des Sensor-Chips.

[Rainer W. (rawi)]

Gerd E. schrieb:
> Wenn Du da Litze hast, willst Du unbedingt vermeiden dass da Lötzinn
> in die Litze kriecht, das macht das Kabel an der Stelle empfindlich
> für Brüche.

Das ist völlig egal, solange sicher gestellt ist, dass die Litze sich in 
dem Bereich nicht bewegen kann.

[Gerd E. (robberknight)]

Autobatterie hört sich für mich nach Vibrationen und häufigen+heftigen 
thermischen Zyklen mit Ausdehnung/Zusammenziehen an. Auch wenn Du die 
Litze da mit Kabelbindern, -schellen oder ähnlichem befestigst, hast Du 
daher immer noch etwas Bewegung da drin.

Litze mit Lötzinn drin ist für so eine Umgebung daher riskant und zu 
vermeiden.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Rainer W. schrieb:
> Grabsteine kannst du bekommen, wenn die Paste unsymmetrisch aufschmilzt.
Aber sicher nicht hier beim ACS724.

M. H. schrieb:
> Thickness: 1oz/ft²
Gib besser die hierzulande üblichen 35µm an.

Florian L. schrieb:
> Dein Esp32 wird sicher 3,3V Interfaces haben.
> Also brauchst du Spannungsteiler zwischen ACS724 und Esp32.
Beim eingesetzten Stromsensor ergibt sich bei 5V Versorgung sonst bei 
einem Strom von 22A eine Spanung von typisch 2,5V+22*66mV = 3,9V.

> und Esp32.
Dessen ADC ist sowieso nicht berühmt für Genauigkeit und Linearität. 
Besonders in den "Randbereichen" taugt der nicht viel:
- https://www.esp32.com/viewtopic.php?t=1045
- https://esp32.com/viewtopic.php?t=2881&start=30

Ich würde da einen dedizierten kleinen externen ADC nehmen und bei dem 
als Referenz die 5V Versorgung nehmen, dann ist eine ratiometrische 
Messung möglich.

[Bernd W. (berndwiebus)]

Rainer W. schrieb:

>> Wenn Du da Litze hast, willst Du unbedingt vermeiden dass da Lötzinn
>> in die Litze kriecht, das macht das Kabel an der Stelle empfindlich
>> für Brüche.
>
> Das ist völlig egal, solange sicher gestellt ist, dass die Litze sich in
> dem Bereich nicht bewegen kann.

Darüber gibt es von der ESA die ECSS-Q-70-08A vom 06Aug1999.
"Space product assurance - The manual soldering of high-reliability
electrical connections"

z.B. von hier
https://apc.u-paris.fr/APC_CS/Labo/Espace_Qualite/tch/normes/ECSS/Q/ECSS-Q-70-08A%20A.pdf

Diese beruht wohl auf einer NASA Empfehlung NASA-STD-8739.3.pdf:

https://nepp.nasa.gov/docuploads/06AA01BA-FC7E-4094-AE829CE371A7B05D/NASA-STD-8739.3.pdf


Dort auf Seite 40:
"7.1.6 De-golding and pre-tinning of conductors
a. Stranded wires. The stripped ends of stranded wires shall be tinned
to confirm solderability and prevent untwisting and separation of wire
strands."

D.h. nach denen ist das sogar für Raumfahrzeuge machbar, und das 
Vorverzinnen der Litzen mandatorisch.


Andere Methode:
Die Einzelstifte von z.B.Mate-N-Lock oder MiniMate-N-Lock Steckern als
crimpbare Lötstifte verwenden. Die Stecker halt an die Lizen crimpen, 
und den Stecker im THT Loch der Platine verlöten.
Besser vorher den Federkranz, der sonst den Stift in einer Rille des
Gehäuses halten soll entfernen, weil der kann in engen Layouts 
Kurzschlüsse machen.

Alternative: Man nimmt eine passende Platinendicke, dass der Federkranz 
den Steckerstift im Loch halten. Aber Achtung: Die Verbindung ist schwer 
lösbar, weil die Federn verhindern, das der Pin einfach herausgezogen 
werden kann, wenn man das Lötzinn flüssig macht, aber sich die Federn 
auch nicht so einfach abschneiden lassen, weil sie durch die Platine und 
das Lötzinn etwas geschützt sind.

Ein bekanntes Beispiel wo Du Litzen direkt in Platinen verlötet findest, 
ist der Kabelbaum nach draussen innerhalb von PC-Netzteilen. Allerdings 
ist alles gut befestigt an der Durchführung des Kabelbaumes durch das 
Gehäuse. Der Abstand zu den Lötstellen ist relativ kurz, so dass sich da 
nicht viel Bewegt.

Persönlich würde ich die Idee mit der Crimpung bevorzugen:
Hülse hat einen Vorteil, weil der Unterschied zwischen Litze und massiv 
verlötetem Bündel weniger abrupt ist. Die Hülse bildet am Rand eine 
kleine "Trompete".
Kupfer mit irgendetwas zu legieren führt meist zu etwas, das durch 
Kaltverformung härtet. Wenn es härtet, nimmt die Bruchgefahr zu. Auch
bei einer Crimpung kommt es zu einer Kontaktlegierung, aber die ist 
wesentlich dünner als bei einer Verlötung, und die Stelle sitzt immer in
der Hülse innen an deren Rand und wird durch die Hülse gestützt.



Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic
http://www.l02.de

[Gerald B. (gerald_b)]

Bernd W. schrieb:
> Dort auf Seite 40:
> "7.1.6 De-golding and pre-tinning of conductors
> a. Stranded wires. The stripped ends of stranded wires shall be tinned
> to confirm solderability and prevent untwisting and separation of wire
> strands."
>
> D.h. nach denen ist das sogar für Raumfahrzeuge machbar, und das
> Vorverzinnen der Litzen mandatorisch.

Da fällt mir wieder der Spruch meines Kollegen ein: "Amis sind, was 
Technik betrifft, englisch sprechende Russen!"
Wer einen amerikanischen Kraftstromstecker von innen gesehen hat, wird 
verstehen, was damit gemeint ist.
Aderendhülsen oder sonstige Pressverbindungen - Fehlanzeige! Um einen 
Schraubenkopf wird die Litze gerödelt und festgeschraubt - wird schon 
irgendwie gutgehen...
Das ist nicht irgendwo Jungelbaustelle, sondern in Anlagen der 
Halbleiterei. Ab und zu verkokelt dann auch mal so ein Stecker.

[Bernd W. (berndwiebus)]

Hallo Gerald B.

Gerald B. schrieb:

>> Dort auf Seite 40:
>> "7.1.6 De-golding and pre-tinning of conductors
>> a. Stranded wires. The stripped ends of stranded wires shall be tinned
>> to confirm solderability and prevent untwisting and separation of wire
>> strands."
>>
>> D.h. nach denen ist das sogar für Raumfahrzeuge machbar, und das
>> Vorverzinnen der Litzen mandatorisch.
>
> Da fällt mir wieder der Spruch meines Kollegen ein: "Amis sind, was
> Technik betrifft, englisch sprechende Russen!"

Da habe ich auch irgendwie Mist getippt. Das Zitat bezog sich NICHT 
auf die NASA Empfehlung, sondern auf die ESA Empfehlung aus 
ECSS-Q-70-08A vom 06Aug1999 (ebenso oben verlinkt)....in dem Falle sind 
wir die "Russen" selber. ;O)

> Wer einen amerikanischen Kraftstromstecker von innen gesehen hat, wird
> verstehen, was damit gemeint ist.
> Aderendhülsen oder sonstige Pressverbindungen - Fehlanzeige! Um einen
> Schraubenkopf wird die Litze gerödelt und festgeschraubt - wird schon
> irgendwie gutgehen...
> Das ist nicht irgendwo Jungelbaustelle, sondern in Anlagen der
> Halbleiterei. Ab und zu verkokelt dann auch mal so ein Stecker.

Da ich auch als Instandhalter in Fabriken gearbeitet habe, muss ich Dir 
leider mitteilen, dass es hierzu auch nicht viel anders ist....aus 
Mangel an geeignetem Werkzeug wurden z.B. Aderendhülsen mit einem 
Schlitzschraubendreher oder stumpfen Meissel und einem Hammer auf dem 
Betonboden "gecrimpt".

Die Priorität liegt auch hier meistens zuerst darauf, die Anlage so 
schnell wie möglich wieder ans laufen zu kriegen.

Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic
http://www.l02.de

[Rainer W. (rawi)]

Bernd W. schrieb:
> D.h. nach denen ist das sogar für Raumfahrzeuge machbar, und das
> Vorverzinnen der Litzen mandatorisch.

In Raumfahrzeugen hat man den Vorteil, dass die Vibrationen nur ein paar 
Minuten dauern und dann war bisher für den Rest des Lebens meist Schluss 
mit den mechanischen Extrembelastungen ;-)

Wenn Gerd E. die Adern im Bereich des Anschlusses nicht fixiert bekommt, 
sondern diese erst relativ weit weg davon mit Kabelschellen ruhig legt, 
hängt es vom Anregungsspektrum der Vibrationen ab, wie weit sich da 
etwas bewegt.

Danke für die Links zu den ESA und NASA Dokumenten.
Wer weiß, ob die NASA Dokumente nicht wieder auf Unterlagen aus 
Peenemünde aufbauen ;-)

[Pandur S. (jetztnicht)]

Hochstrom auf Platine geht mit solchen Teilen.
google nach "wuerth hochstrom"
https://www.we-online.com/de/produkte/intelligente-systeme/portfolio/leiterplatten-komponenten/powerelemente
150..400 A kein Problem, natuerlich ohne Zinn