Силовые дорожки (на ток >4A)

max_cpr

Всем доброго времени суток. Как обычно, надеюсь на помощь

Суть вопроса - развожу схему коммутации нагрузки 220V, управление от логики 5V.
С токами до 4А все более-менее.
Но! Для тока 5А получаем ширину дорожки ~7.2мм. (плата с толщиной меди 0.035мм, нагрев до 10град, см. например тут http://www.circuitcalculator.com/wordpr ... alculator/)

При этом шаг ножек стандартного ТО-220 - 2.54мм. Т.е. разводка должна выглядеть крайне забавно.
А если взять ток хотя бы 10А для использования например bta12-600 - вообще все плохо.. Особенно если есть желание сделать компактную плату.

Кто как выходит из положения?
Разводить толстыми проводами - не вариант, есть сильное желание сделать схему на несколько каналов да еще и запихнуть все в стандартный корпус для монтажа на din-рейку

Первое что приходит в голову - напайка на дорожки меди. Для цивилизованного варианта - в виде шин, изготовленных по форме дорожек.
Но тут берут сомнения - а не отвалится ли этот пирог вместе с дорожкой при неоднократном нагреве/охлаждении (пусть даже на те самые 10 градусов)..

Чтоб веселее было - фрагмент разводки. Самая толстая дорожка - 3мм.

Реклама

просто КОТ

Ну... Как минимум -- не покрывать маской, а залудить. Увеличив сечение. Это уже что-то. А когда токи особо велики, то это вполне себе общепринятая процедура -- напайка медной жилы. И там выходит достаточно аккуратно.. И прочность, насколько помню, не сильно теряется. Разве что если постоянно на изгиб работать....

Реклама

max_cpr

Насколько я понимаю, HASL увеличит толщину покрытия на 20-30мкм, что не принципиально сыграет на ширине дорожки.. Т.е. вопрос с шириной и разводкой останется в силе.
Насчет напайки - по прежнему сомнения.
Ручная напайка проводов и плетенки - как-то нетехнологично.
Тепловое расширение текстолита и меди по любому на совпадают.
Тонкая медь может (наверно) играть и не рвать связь с текстолитом. Для толстой шины - меня уже берут сомнения.
Ну, например, вырезаем шину милиметра 2 толщиной и феном напаиваем на дорожку. И раз в 5 минут включаем на нее нагрузку ампер так на 10.
Т.е. греем примерно на 30 градусов и охлаждаем. Отвалится? Или как нибудь?

Если есть живые примеры конструкций, буду очень благодарен. Несколько часов моих поисков ничего убедительного не принесло..

просто КОТ

Так вот это как-то выглядит в жизни... А про лишние 30мкм... так это в два раза считай -- что-то но меняет явно.

Реклама

max_cpr

Спасибо за картинку, напайку припоя я примерно так себе и представлял

- но я имел в виду примеры с напайкой шин. Ну или хотя бы проводов/плетенки.. Желательно в промышленном исполнении.
Под "принципиально не меняет" я имел ввиду, что например для тех же 10А, даже с увеличением слоя в 2 раза необходимая ширина дорожек - ~9мм.
Т.е. имеем те же проблемы с разводкой или необходимость напайки

Кстати, при напайке припоем видится еще проблема - равномерность покрытия. Т.к. одна "проплешина" сведет весь смысл процедуры к нулю..

Реклама

smacorp

max_cpr писал(а):плата с толщиной меди 0.035мм, нагрев до 10град

А разве не для таких целей продают стеклотекстолит с фольгой 70 и 100 мкм.? И, насколько я знаю, это не такая большая редкость.

Если верить этому калькулятору - http://radioaktiv.ru/raschet-shiriny-do ... platy.html - при фольге 100 мкм., токе 10А и повышении температуры на 30° относительно комнатной температуры должна быть дорожка шириной 3.36 мм. Так и играть - изначально толстая фольга + залуживание.

Также, можно посмотреть в сторону гальваники - берёте заготовку с обычной фольгой и за пару-тройку часов наращиваете до безразмерных величин - хоть несколько сотен микрон.

Реклама

бабай

max_cpr писал(а): Но тут берут сомнения - а не отвалится ли этот пирог вместе с дорожкой при неоднократном нагреве/охлаждении (пусть даже на те самые 10 градусов)..

Сделай дорожки зигзагами и напаивай голый провод или даже два или три рядком ......... получатся термокомпенсаторы

max_cpr

smacorp писал(а):
max_cpr писал(а):плата с толщиной меди 0.035мм, нагрев до 10град
А разве не для таких целей продают стеклотекстолит с фольгой 70 и 100 мкм.? И, насколько я знаю, это не такая большая редкость.

Если верить этому калькулятору - http://radioaktiv.ru/raschet-shiriny-do ... platy.html - при фольге 100 мкм., токе 10А и повышении температуры на 30° относительно комнатной температуры должна быть дорожка шириной 3.36 мм. Так и играть - изначально толстая фольга + залуживание.

Также, можно посмотреть в сторону гальваники - берёте заготовку с обычной фольгой и за пару-тройку часов наращиваете до безразмерных величин - хоть несколько сотен микрон.

За гальванику спасибо, вроде очевидное решение, но как-то упустил из виду, покопаю.
С изначально толстой фольгой - вариант понятный, но технологически может быть нереализуем. Например, если промышленно клепать одноплатные устройства с управляющей и силовой частью. (понятно, что лучше делить, изолировать и пр. - отдельная тема). А на фольге даже 70мкм уже технологически нереализуемы площадки под большинство многоногих SMD компонентов. Ну и вопрос цены на такие платы с толщиной фольги встает все острее (как и с количеством производителей, которые за них берутся)

Поэтому пусть таки будет фольга 35мкм, и, например, силовая земля ампер так на 50. Есть примеры/идеи технологичной реализации. Т.е. пригодной к промышленному исполнению и (хотя бы в теории) длительной надежной эксплуатации?

Ну очень трудно иногда справиться с желанием впихнуть невпихуемое

Да, вариант делать зигзаги силовыми дорожками.. Надеюсь, это шутка, хотя и термокомпенсированная

просто КОТ

Не шутка -- и такое реализуют. А 50 ампер... Это перебор ИМХО, как для дорожки. Такое ведут толстым, широким полигоном облуженным. И потом подводят толстый кабель.

dummynull

Рекомендую припаивать медные провода, даже несколько параллельно, в случае ограничений по толщине. Обычное лужение помогает, но не радикально, поскольку сопротивление припоя в среднем в 8 раз больше, чем у меди. Дорожки 35мкм выдерживают большие токи из-за теплоотвода стеклотекстолита, но надежность и температура никуда не годятся, если делаешь "для себя".

max_cpr

просто КОТ писал(а):Не шутка -- и такое реализуют. А 50 ампер... Это перебор ИМХО, как для дорожки. Такое ведут толстым, широким полигоном облуженным. И потом подводят толстый кабель.

Если в цифрах, то "толстый", на те самые 50А, означает, что достаточно припаять на дорожку шину сечением 2x2 мм. Что, в принципе, позволяет сохранить компактность.. и сомнения на тему отвалится или нет.
Да и что-то нигде такого не попадалось.
И почему-то начинает появляться ощущение процесса изобретения велосипеда

hybroid

Всё же лучше опираться на существующий опыт..
Если нужны действительно большие токи - то от использования текстолита с толстой фольгой отходить глупо, т.к. это лучшее решение. По поводу площадок под SMD.. SOIC'и без проблем. А то, что с шагом 0,5, в силовой электронике (с огромными токами) как-то не используется. Если даже никуда не деться от такого компонента, то он явно будет не силовой и он может быть легко смонтирован на отдельной плате (управляющая). Эта плата впаивается в основную.
Лужение силовых дорожек имеет право на жизнь и используется тоже повсеместно. Но как дополнение

Если надо гонять половину сотни ампер, то глупо наплавлять пруток припоя на 35 мкм, ИМХО

Есть ещё простой способ.. Мы сейчас используем практически всегда двухсторонний текстолит.. а две стороны по 35 мкм дают 70 мкм меди

PS: а по поводу распространённости текстолита с 70 мкм фольгой у производителей.. да у китайцев хватает и не составляет какой-то проблемы. Про отечественных не знаю, я после печального опыта не пользуюсь местными услугами. Но если у производителя нет сырья - это его проблемы

В этой сфере монополии нет.

max_cpr

hybroid писал(а):... Если надо гонять половину сотни ампер, то глупо наплавлять пруток припоя на 35 мкм, ИМХО ...

обоснуйте, если не трудно.. Не вижу принципиальной разницы в напайке на 35мкм и на 100мкм. Не прутка, конечно, а, например, медной шины, пусть те же 2*2мм

hybroid

Например, разница в том, что напаивать надо меньше

И медная шина может не пригодиться..
Напаивать шины как-то точно не технологично. Особенно с учётом того, что их надо сначала подготовить.

Пока что, проблема, озвученная в первом сообщении, решается просто выбором другого текстолита. Я встречал готовые конструкции, связанные с питанием

Думаю, как и многие

В них я встречал текстолит с "толстой фольгой", встречал лужение, встречал оба варианта.. Медную шину на дорожке я что-то не помню..

dummynull

Напаивать дополнительно прутки это очень накладно и медленно для изготовителей электроники, такое явление встречалось раньше и далеко не всегда. Нынче считается нормальным высокий нагрев и выход из строя по завершению срока гарантии, потому и не встретите. А вот попробуйте пропустить 2 ампера по медному проводу в пол миллиметра сечением (100мкм редкий текстолит и ширина дорожек 5мм), он заметно нагревается. Если схема не страдает от повышения температуры, то можно не напрягаться, но реально нет ничего лучше дополнительных медных прутков, уже многократно обсуждалось всюду.

max_cpr

Позволю себе подвести промежуточный итог

Варианты усиления дорожек по току. Для полноты ощущений привожу ширину дорожки для 50А.

1. Делать реально широкие дорожки. При стандартной толщине меди 35мкм - ширина дорожки 113мм
2. Выбрать текстолит с более толстым слоем фольги. Плюс очевиден - ширина дорожки для 70мкм - 57мм. Минусы - более 70мкм слой редко встречается, возникают проблемы с использованием SMD компонентов с малым шагом
3. Вскрыть маску и сделать напай. Если делать стандартный HASL - это +20-30мкм. Ширина дорожки - (считаем что напай на 70мкм) - 40мм. Особых минусов нет, т.к. доп. технологических операций не требуется, достаточно не забыть про маску. Сюда же отнесу гальванику, т.к. навскидку приемлемо можно сделать только те же 20-30мкм. (поправьте, если кто делал и знает).
4. забить на нагрев (все вышеприведенное - для нагрева до 20градусов). При нагреве до 50градусов (80-85градусов рабочий предел) - ширина дорожки 22.7мм.
Для 12А на тех же условиях - 3.17мм. Если не считать нормальным перегрев на 50градусов - 5.53мм. Т.е. разводка стандартных для симисторов корпусов ТО-220 с шагом 2.54 все так же невозможна.
Поскольку с вариантами выше все более-менее понятно, далее их обсуждать смысла не вижу.. Остается вариант
5. Напаивание чего-либо на дорожку.

Вот здесь по прежнему прошу конкретных рекомендаций и примеров. Пока видятся следующие варианты

1. Тупо припаиваем к дорожке голый провод/шину по всей длине. Есть шанс что отвалится (?) вместе с дорожкой.
2. Дорожку делаем зигзагом и напаиваем провода на зигзаг. Теоретически шанс, что отвалится меньше (термокомпенсация?)
3. Вскрывать маску не по всей длине дорожки, а, например миллиметров через 5-10, длиной миллиметр-два. И припаивать только в этих точках и на выводных элементах. Можно (?) этот вариант тоже считать немного термокомпенсированным
4. Вообще с дорожкой не заморачиваться, сделать шину по форме дорожки (с отверстиями) и припаять только на выводах. Если выводы идут с шагом 10..30мм то, в принципе, куда она с них денется, эта шина..

Собственно, хотелось бы теперь услышать конкретные рекомендации и примеры именно по варианту "напаивания чего-либо на дорожку". Желательно в промышленном варианте..

Белк

К процессорам современных компов идут токи до сотни ампер, применение BGA чипов требует весьма мелких норм по зазорам, дорожкам и переходным отверстиям. Так вот в материнках эта проблема решается за счёт большого количества слоёв.
С другой стороны видел презентацию плат с дорожками разной толщины, но технология достаточно редкая.
Делал плату распределения питания с измерением тока для квадрокоптера, разъём XT60, кратковременно закладывал ток до 60А, долговременно 30А, (хотя в реальности в среднем оно около 15А потребляет). Микросхема усилителя напряжения с шунта имеет корпус с шагом 0.5мм. Плату делал из текстолита с 18мкм медью с металлизацией по полуаддитивной технологии. Но наращивание меди разбил на 2 этапа - сначала наращивал по всем дорожкам и отверстиям примерно до 35мкм, затем только силовые дорожки и отверстия нарастил до 250мкм. Металлорезист я делать не умею, поэтому для травления использовал фоторезист, однако наклеить его на границы меди с разной толщиной оказалось довольно сложно. Ну и с маску нанести было непросто. Тем не менее плата получилась.

hybroid

max_cpr писал(а):Т.е. разводка стандартных для симисторов корпусов ТО-220 с шагом 2.54 все так же невозможна.

Можно использовать два слоя. Ноги у симистора можно гнуть

Можно отверстия располагать не по центру дорожки, а смещёнными к краю. Окно в маске у пада можно сделать большее и налить в него лужу припоя при монтаже симистора.

max_cpr писал(а):и примеры именно по варианту "напаивания чего-либо на дорожку". Желательно в промышленном варианте..

Тоже интересно увидеть такой пример.

htscooter

Держал я как-то платку от пром.оборудования (потом на детальки ее распаял), там клеммник был мощный и релюшка, остальное неважно. Релюшка самая обычная, 10 или 15 ампер, только обмотка на 24 вольта. Дорожки от реле к клеммнику 2-2.5 мм шириной, по памяти не скажу точнее. Так вот сгорел на этой плате не реле, не дорожки, а клеммник. Точнее его ножка выгорела, аккурат в толщине текстолита. Внешне все целое - и дорожки, и клеммник, ничего не обуглилось, не поплавилось, реле тоже целое. А когда распаял - минус один вывод

Эта платка, кстати, где-то порядка 10А через себя и коммутировала, ТЭН на 2-2.5 КВт. Так что "не все так однозначно" (с)

И нагрев дорожки, ИМХО, необходимо рассматривать в комплексе, не только как резистор, который греется, но и как радиатор, который охлаждается (сразу возник вопрос по методике расчета нагрева дорожки, учитываются ли вопросы охлаждения?

).
Моё мнение - заморачиваться с печатной платой, на которой "гуляют" 50А (и как я понимаю - 220В) и на ней же размещать слаботочку - глупо. А если нужна компактность, то тут в первую очередь нужно озаботиться электробезопасностью и необходимыми зазорами. И уже после зазоров проверять дорожки на нагрев и при необходимости их усиливать.
Пока писал, еще такая мысля в голову прилетела, что ток через дорожки в какой-то степени ограничен размерами радиаторов, которые крепятся на этой плате. А на радиаторах ессно силовые элементы, которые этот ток через себя пропускают.

Белк

Тоже видел плату с полностью выгоревшей ножкой разъёма, это была очень наворочная встраиваемая электроплита с духовкой и совмещённой с ней микроволновкой. Так вот там были две платы бутербродом с зазором около сантиметра, и напротив выгоревшего контакта в голом текстолите на второй плате прожгло сквозную дыру. Видимо кратковременно образовался маленький такой плазмотрон на парах меди