Maximera koppar på båda sidor i högströms PCB?

[incememed]

Hej,

Jag sitter och ritar på en 6 FET motorcontroller som ska tåla drygt 100A kontinuerligt. Kortet ska bli dubbelsidigt. Jag tänkte försöka undvika separata strömbussar och luftledningar för strömförsörjningen till/från batteri och FET genom att använda copper fill funktionen i layoutprogrammet (EAGLE). Undersidan får bli -/GND och ovansidan får bli +/PWR. Koppar varhelst det finns plats, alltså.

Är det en dålig idé av någon anledning, typ EMC etc? PIC, kristall, gate-drivare mm sitter på samma kort.

Tack/Mattias

[prototypen]

Försök hålla isär strömmarna som driver PIC kretsen. Maximera jordplanet (så få ledare i jordplanet som möjligt).

Spänningsmatningen drar du med så breda ledare du bara får in, "copper fill" tror jag gör skada.

Protte

[incememed]

Tack för tipsen. Håller med, det känns intuitivt fel att kopparfylla i +planet, vet dock inte varför.

Från det ena till det andra, vilket är bästa sätt att få fast lite grövre kablar i kortet (typ 4mm2)? Har letat i ELFA-katalogen, men hittar inga dedikerade produkter. Aktuell lösning är att avsluta kabeln med en ringkabelsko och skruva fast den i en pad med rejäl diameter.

[thepirateboy]

100 A kan bli tufft att köra bara genom kopparn. Du bör nog förstärka med kopparskenor.

För att få en riktigt bra anslutning finns det speciella kontakter, t ex
http://www.we-online.com/web/en/index.p ... E_0510.pdf

[incememed]

Nu börjar det likna något! Det ser ut att vara väl tilltagna kontakter.

Angående kopparskenor, vad är 'best practice', finns färdiga produkter även här? Har sett bilder där man helt enkelt lagt en lödsträng på kopparspåret, men jag tänkte skicka min ritning till Olimex, så någon efterbehandling blir svår/ej önskvärd.

Vidare: Gate-drivaren. I min gamla skolbok så är det mycket pekpinnar, t.ex. driv-ICerna måste vara maximalt separarade på kortet och att den trace som går till gaten får inte gå parallellt med högströmskretsen av induktansskäl. Men inget av detta nämns i IRs appnote, där är man mest bekymrad med att det kan ringa i drivkretsen. Vad är egentligen viktigast vad gäller drivkretsen, eller kan jag placera dem enbart med hänsyn till utrymme/lätthet att koppla? Är dom lättstörda?

[Jonas L]

Jag såg en artikel om något företag som bakade in kopparskenor i korten för några veckor sedan. Jag vet inte vilken tidning det var i dock.

Varför är du begränsad till tvålagers kort? Om du gör ett fyra- eller sexlagers kort så kan du använda flera lager för alla högströmsliner. Sen antar jag att du beställer med så mycket koppar som leverantören kan ordna, alltså minst 115 um. Du får skatta hur breda och hur långa liner det blir, så kan du beräkna förlusteffekten och se om den blir rimlig.

Man kanske kan använda lödpasta för att bygga på linerna på topplagret. Detta är ju gratis om kortet ändå går igenom en ytmontering. Tänk dock på att tenn inte är en speciellt bra ledare om man jämför med koppar.

Jordsystemet är en av de viktigaste sakerna att tänka på. Det är inte roligt att vara logikkrets och dela på en jord som det går switchad 100 A igenom! Plocka jordreferensen i samband med drivkretsarna, och ha inga andra kopplingar mellan power-jord och logik-jord.

[incememed]

Skilja på logik- och kraftjord, klockrent tips! (Jag försökte även att kopparfylla +/PWR planet, men det blev alltför cirkulära och ofta för smala strömgångar. Dedikerade strömbanor i +planet enligt tips ovan verkar vara vad som gäller.)

Att begränsningarna är 100x80 och max två lager beror på att jag kör freewareversionen av EAGLE. 5 000 SEK+moms ska dom ha för en riktig licens. Som newbie/hemmapulare tar det emot. Finns det inga alternativ så är det kanske vägen jag måste gå, men vilket är det vanligaste utveckligssteget efter EAGLE freeware?

[ChristianS]

Håller på med motorstyrning professionellt, kör upp till ca 50A kontinuerligt i ett 75u PCB. Detta för att kontrollerkretsen som sitter på kortet är en 0.5mm pitch 100p LQFP. Anledningen till att vi inte klarar mer är 70u är då kan man inte etsa en 0,5mm pitch med 115u. Nästa version kommer att ha styrelektronik på ett PCB som sedan kommer att stackas ovanpå kraftelektronikkortet. Jag kör ytmonterade IRFS4010 som får kylning genom banorna på kortet men det är inte heller riktigt tillfredsställande då det blir en kompromiss mellan effektförlust och störningsnivåer slöare tillslag (mindre störningar=mer förlust) en svår avvägning.

Kollade med oscilloscopet, induktansen i banorna och den korta tillslags tiden 60ns gör att drivspänningen till drivsteget nästan ner till noll under en kort tid, 45V ner till 0 på 60ns så då kan ni tänka er vilka krav på mätelektroniken man får. Inte en helt lättknäckt nöt.

Så svaret på att köra 100A kontinuerligt i ett kretskort är: undvik det! Gör ett 3D bygge med hålmonterade trissor i stället fördelen är att de är även lättare att byta ut när de går sönder. Och tro mig innan man fått rätt på alla tillslagstider osv. så lär du elda upp några.
Friskt kopplat hälften brunnet

[Ilmar]

Hög ström - tennsträngar och flerlagerskort.
Både tenn och lödtenn leder ström oerhört mycket sämre än koppar så det ökar inte ledningsförmågan det minsta att bygga på med tenn.
Genom att leda strömmen i flera lager i flerlagerskort kan man visserligen öka koppararean och minska resistans/induktans, men den kylande ytan blir inte större så man vinner inte så mycket som man skulle kunna tro.

[ChristianS]

På begäran. Lite förtydligande "trissor" slang för transistorer.

[Pucco]

Har man tunn koppar på kortet och ska dra mer ström än rekomenderat är det definitivt bra att lägga på lödtenn.

Blyfritt lödtenn har grovt räknar 5x resistans mot koppar. 35µm koppar och 0.17mm tenn ger halva resistansen.
Vanligt lödtenn Sn/Pb 63/37 har ungefär 10x resistans mot koppar. 35µm koppar och 0.35mm lod ger halva resistansen.

Det är alltså inte alls orimligt att man mer än halverar resistansen med en sträng lödtenn på en kopparbana.


Bättre kan då vara att löda på en koppartråd längs hela kopparbanan på kortet.

Som exempel, en 3mm bred ledare med 35µm koppar är ungefär 0.1 mm2.
Lägg på en koppartråd med 1.0 mm diameter så får du 0.8 mm2
Tillsammans så får kombinationen kopparbana/koppartråd/lödtenn ungefär en tiondels resistans mot kopparbanan.

[incememed]

Tack för all användbar information.

Det lutar åt att både matning och retur blir luftledningar. Bottom blir logisk retur. Mellan pad och pin på "trissan" är det inte mer än 10mm kopparbana. Vid max belastning borde förlusteffekten vid varje pad understiga 2W. Känns intuitivt OK...?

Detta tänkte jag skicka till Olimex. Det ska alltså dras sladd (med ringkabelsko f.n.) till alla high-side drain från '+48V', från alla low-side source till 'LS_SRC' etc. Kan det funka?

(Detta är själva slutsteget; PIC mm stannar på breadboard ett tag till)

Parts.png

Top.png

Bottom.png

[Jonas L]

Jag kan inte riktigt säga att jag är med på allt, men vi börjar med din konding: Den ser ut att ha väldigt klena ben för att ta AC-strömmar på 100 A. Varför ligger den ner på kortet? De extra benlängderna ökar på induktansen och är negativa för högfrekvens-egenskaperna.

Är det termiska skäl till varför faserna är fördelade 2+1? Om möjligt hade jag nog satsat på alla tre faserna brevid varandra på ena långsidan. Då kan det nog gå att ordna med en kopparledare på var sida för bra kontakt med + och -.

[incememed]

Ja, det har du alldeles rätt i, dom benen blir nog klena. Ett försök till beräkningar visar att vid full acceleration (=max ström, längsta periodtiden) så ligger rippelströmmen till kondensatorn på ca 10A. Kondensatorn tål max 2A kontinuerligt enligt specen. Ska kanske ta och fördela lasten på flera kondensatorer istället.

Kondingen ligger ned för att gå in i sin tilltänka låda. Switchfrekvensen i vid full acceleration blir kring 25kHz. Är det skäl nog att ställa dem upp?

2+1 är tyvärr en tillfällighetslösning som beror på befintlig kortyta (begränsas av EAGLE tills jag bestämt mig hur jag ska uppgradera/gå vidare) och en vilja att ta fram ett kort på stubben.

[Pucco]

Jag har mätt lite på bilderna och fått fram storleken 80x100 mm. Alltså ett halvt europakort.
Varför inte då vända på det och göra 160x50 så får du fortfarande in två kort på ett europakort.
Det blir mycket enklare att få bra struktur och få alla faser lika om man lägger dom på linje längs långsidan.