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Maximale Strombelastbarkeit von Leiterbahnen im KurzschlussfallHallo, ich möchte gerne verhindern, dass im Kurzschlussfall die Leiterbahnen verdampfen. Es sind 230VAC, ich rechne deshalb mit 1kA. Eine Sicherung (die dieses Trennvermögen hat) ist vorhanden, braucht aber natürlich selbst auch eine gewisse Zeit zum Auslösen. Gibt es irgendwo so Tabellen, wieviel Strom welche Leiterbahnbreite wie lange aushalten kann, bevor sie sich verflüssigt? Ich habe jetzt 2.5mm bei 35µm verwendet.
Deren Schmelzintegral ist entscheidend für die Berechnung. Ich kenn jetzt die Vorschriften für Geräte (Elektrische Sicherheit?) nicht, aber in AT und DE müssen die Leitungsschutzschalter z.B. mindestens 6kA können im privatbereich; https://de.wikipedia.org/wiki/Leitungsschutzschalter Wie kommst du auf 1kA? Ansonsten, je nach Schmelzintegral könnte man sich die Pulsbelastung hier anschauen; https://www.mikrocontroller.net/articles/Leiterbahnbreite Nicht verdampfen ist wohl das falsche kriterium, du möchtest natürlich, dass die leiterbahnen auf der Platine bleiben und sich auch nicht ablösen oder die Platine sich unzulässig erwärmt. Das könnte ja noch weitere Kurzschlüsse vor der Sicherung erzeugen.
Vermutlich weil da nicht eine >1,5mm² Leitung durchgängig bis zur Feinsicherung sein wird? Deren Widerstand dämpft den Strompeak zusätzlich. Sonst dürfte man Gerätefeinsicherungen ja gar nicht einsetzen... Im einfachsten Fall einfach die Schleifenimpedanz messen und dann rechnen. Entsprechende Leiterbahnen verzinnen oder mit Draht verstärken...
Bei 1kA wird die sicher auslösen. Aus Strom und (temperaturabhängigem) Widerstand kannst du die zeitliche Entwicklung der Verlustleistung berechnet. Im Kurzschlussfall kannst du Kühleffekte durch Wärmeleitung/Konvektion vernachlässigen, d.h. sobald die über den Puls auf integrierte Leistung größer als die Schmelzenergie der Leiterbahn ist, war es das, falls man Strahlungskühlung erstmal außer Betracht lässt. Auf das Verdampfen der Leiterbahn kannst du nicht warten, weil der Stromfluss unterbrochen wird, sobald sie sich verflüssigt und durch Oberflächenspannung ihre Form verloren hat. Leiterbahnen heisst: Du möchtest Platinen für 1000Ampere Stromfestigkeit designen?
Muss er ja, über Millisekunden, wenn zuerst die Sicherung und nicht die Leiterbahn auslösen soll. Was überrascht daran jetzt ?
Aus der Praxis kann ich Dir sagen, ein Leiterzug 3mm hinter einer Feinsicherung 5AT delaminiert.
Wären grob 300kW/m bei 1000A und ner zunächst angenommen Temperatur von 150-200°C. Das ganze auf 0,8g Kupfer pro Meter und damit ner Wärmekapazität von 0,3J/K pro Meter. Macht schlanke +1000°C nach 1ms. Wobei Widerstand und Leistung dann noch deutlich höher wären und die Temperatur damit auch noch deutlich höher. Ist aber Quatsch. Also grob 200µs @ 1000A und du hast +200°C. 150µs wären vielleicht noch gut verträglich. Wäre ein Schmelzintegral von 150A^2*s und deutlich mehr als ne 5A flink. Hilft dir aber nichts, weil zwar vielleicht nach 30µs schon klar ist, dass die Sicherung auslöst. Aber bis der Sicherungsdraht verdampft / weggeflossen ist und der Lichtbogen erloschen ist dauerts weit länger. Wenns 1000A werden wird die Leiterbahn wohl verdampfen. Selbst 200A dürften zumindest grenzwertig sein. Wenn man mal schaut, wieviele Ampere durch so einen Bonding-Draht eines Mosfet im TO220 Gehäuse gehen, 100-200A stehen da in Datenblättern.
Die haben keinen Bonding-Draht mehr, da ist der Pin direkt auf den Chip gelötet. Aber woher soll ein Dieter das wissen.
Und auch wenn man sich ältere mit Bonddrähten ankuckt. z.B. https://www.richis-lab.de/FET42.htm 4 Bonddrähte. Jeder mit 0,3mm+ Insgesamt der 3-fache Querschnitt wie die Leiterbahn, also auch nur 1/3 der Leistung. Dafür die 3-fache Masse. Wären dann Faktor 9 oder 1350µs. Durch 808A Limit statt 1000A nochmal Faktor 1,5 oder 2000µs. Wenns dann Gold oder ALU-Bonddrähte sind halt nur die Hälfte oder 1ms. Im SOA-Diagramm gehen die 808A aber nur für ca. 300µs. Da scheinen die Bonddrähte nicht das Limitierende zu sein. Oder ich hab den Drähtchen noch zuviel zugemutet.
Äpfel und Birnenvergleiche. TO3 und 1200V ist wieder eine andere Hausnummer. Bei 1200V darf das auch kein dünner Draht mehr sein, wegen Entladungseffekten. Da muss die Verbindung dicker und abgerundet sein. Der Trick ist, dass die "bonding wires" sehr kurz sind. Wenn das nicht reicht, werden mehrere parallel verwendet. Siehe Wikimedia: https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=5231221 Als auch das nicht mehr reichte, dann wurden das so breite Verbindungen, wie Michael hier postete, als Flachdraht oder Kupferstreifen bezeichnet. Diese werden benötigt, wenn so hohe Ströme als Dauerstrom durch die Konnektierung fließen sollen.
Das wird kostspielig und groß. Rechnest Du bei Deinem Gerät mit Kurzschlüssen? Also z.B. weil Du eine Schuko für andere Geräte bereitstellst? Oder gibt es einen anderen Grund warum Kurzschlüsse wahrscheinlich sind? Wenn Kurzschlüsse sehr unwahrscheinlich sind müsstest Du nur gegen Personengefährdung, Brand etc. sichern und es würde ausreichen wenn Deine Feinsicherung und der LSS ihren Dienst tun, die Leiterbahn aber verdampft.
Damit das nicht passiert wird einfach vor die Sicherung noch ein "Opferwiderstand" gesetzt, der den maximalen Kurzschlussstrom begrenzt. Die Daten einer Feinsicherung sind: Feinsicherung 5X20/6,3 A ; Abschaltleistung, 1.5 kA Also 360V/1,5kA = 0,24 Ohm reichen bereits aus, dass die Sicherung zuverlässig auslöst. Bei 10A wird eine träge Sicherung einige Minuten für die Auslösung benötigen. D.h. ein 20W Widerstand tut es sicherlich als Vorwiderstand. So sähe es aus, wenn man ganz sicher gehen wollte. Das macht aber niemand so aufwendig. Der Grund ist der, dass in dem Falle auch noch die 16A Haussicherung auslösen wird und die kann 6kA Kurzschlussstrom trennen. Jedoch hat Sicherung bereits mit Halterung so viele mOhm, dass nur noch geringfügig über 3kA als maximaler Strom erreicht werden können. Antwort schreibenBitte melde dich an, um einen Beitrag zu schreiben. |
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