Platinen mit hohen Strömen

[Strahleman]

Ich bin gerade dabei ein Netzteiltestgerät zu bauen. Hierfür ist eine Platine für ein paar Bauteilen von Nöten, doch es gibt ein Problem: Auf der Platine wird es eine Leiterbahn geben, die bis zu 50A aushalten muss. Da der Rest der Platine mit Masse "überzogen" ist, habe ich Angst, dass es einen Sprung von der 50A-Leitung auf Masse gibt.
Außerdem habe ich bedenken, dass es die Leitung durch Induktivität Leitungen beeinflusst, die in unmittelbarer Nähe zu der 50A-Leitung liegen. Nun wollt ich, um sicher zu gehen hier nachfragen, ob meine Zweifel berechtigt sind oder ob ich mit keinerlei Problemen rechnen muss.

[uwegw]

Überschläge gibt es nicht durch den Strom, sondern durch die Spannung! Der Strom lässt (wenn die Bahn zu dünn ist) nur die Leiterbahn abbrennen, durch die er fließt. Bei 50A muss schon ne ziemlich dicke Leiterbahn ran, damit sie nicht sofort verdampft.

[Moritz f.]

Hallo,
ja bei 50A musst du ne verdammt dicke Leiterbahn machen! und wenns geht auch mit Lötzinn verstärken. Über den Spezifischen Widerstand von Kupfer kannst du den Widerstand der Leitung berechnen, und die daraus resultierende Verlustleistung

MFG Moritz

[Strahleman]

Ich habe geplant, die Leitung mit Kupferdraht zu verstärken. Die Bahn soll quasi nur als Basis für das Kuperkabel dienen.

[fred123]

Ich bin gerade dabei ein Netzteiltestgerät zu bauen. Hierfür ist eine Platine für ein paar Bauteilen von Nöten, doch es gibt ein Problem: Auf der Platine wird es eine Leiterbahn geben, die bis zu 50A aushalten muss. Da der Rest der Platine mit Masse "überzogen" ist, habe ich Angst, dass es einen Sprung von der 50A-Leitung auf Masse gibt.
Außerdem habe ich bedenken, dass es die Leitung durch Induktivität Leitungen beeinflusst, die in unmittelbarer Nähe zu der 50A-Leitung liegen. Nun wollt ich, um sicher zu gehen hier nachfragen, ob meine Zweifel berechtigt sind oder ob ich mit keinerlei Problemen rechnen muss.

Mhmmm.....

50A ist ganz schön viel .......

aber, wie die anderen auch schon sagen die Spannung ist dein erstes Problem.

Solange du dich im Bereich bis ca 40-50V AC/DC bewegst (es gibt da eine "Kleinspannungsdefinition" )bist du Spannungsmässig eigentlich sauber.

Die brauchst den üblichen Berührungsschutz, die typischen Abstände zwischen den Leiterbahnen... gut ist.

Problem wird der Strom.

Leiterbahnen musst du massiv verstärken!!! Gut geht das mit "Entloetlitze" Die ist so flexibel, das du damit den Leiterbahnen folgen kannst und wenn du sie richtig verlegt und angeheftet hast, mit dem Kolben und Lot massiv nachloeten und vertsärken.

Rechne mal den Queerschnitt und den Leiterbahnwiderstand aus, dann hast du ca, die thermische Last, die deine Scahltung bei 50 A abkönnen muss.

Dein größtes Problem werden aber die Anschußpunkte sein.Schau dir einmal am Auto den Akku-Anschluß /Kabel vom Anlasser..... an

Da fließen so um die 40-100A. Du wirst also deine Schaltung sauber an Flachkupfer oder so anschließen müssen und da dann Schraubpole, große Klemmen für deine Test-Geräte anhängen.

Die Platine und die Schaltung erscheint mir das kleinste Problem. Die mechanische Lösung wird dir Kopfzerbrechen machen )

Als Daumenwert rechne einmal mit ca 1 qmm Querschnitt pro 5A.

D.h. du wirst mit Querschnitten so um >10-16 qmm umgehen müssen. Ist Schlosserarbeit )

Beschreib doch bitte einmal genauer was du vor hast!

Grusse der Fred

Ps. Ich würde Steuer und Lastteil trennen.
Die Regelung, was du auch immer anstrebst, auf eine Platine und dann die Lastteile (Mosfets oder was auch immer, direkt auf dickes Kupfer... oder was auch immer schlosseren....

Aber werde iste einmal genauer.
fred

[Strahleman]

Danke für die ausführliche Antwort fred. Ich habe hier bereits ein Datenblatt, wo die Kabeldurchschnitte mit Ampere-Begrenzung drinstehen, danach werde ich mich richten, wenn ich das Kabel auf die Leiterbahn auflöte.
Und wegen den Anschlüssen habe ich auch schon etwas passendes. Bei Conrad habe ich Hochstromstecker und -buchsen bekommen, die den erforderlichen Strom abkönnen.

Beschreibung was ich genau vor habe:
Ich möchte mittels einer Stromsenke mit vier Leistungsschienen ein Testgerät für PC-Netzteile aufbauen. An die einzelnen Schienen können insgesamt vier Leitungen gleichzeitig gehängt und unterschiedlich belastet werden. Sinn und Zweck ist das Überprüfen von Stabilität, Wirkungsgrad, etc. Soweit habe ich auch schon die erste Schiene fertig und sie läuft auch, nur sind mir nun im Nachinein eben Zweifel gekommen, ob die Platine auf Dauer den Lasten standhält. Es sei dazu gesagt, dass es im Moment meines Wissens nach keine Netzteile für PCs gibt, die eine Leitung mit 50A belasten können, aber ich wollte lieber etwas Luft nach oben hin haben. Gängig sind zur Zeit rund 30A auf 3.3V, 5V bzw. 12V.

Ich habe schon versucht so weit wie möglich mit der Stromleitung von der eigentlichen Schaltung wegzugehen, da aber ein Präzisionswiderstand zum Messen zwischen Schaltung und den MOSFETs hängt, habe ich die Leitung aber auf die gleiche Platine wie die Schaltung gemacht...

[avion23]

Hi Strahleman,
ich wollte dir nur sagen, dass eine statische Last nicht unbedingt sinnvoll ist. Damit wirst du das Netzteil nur wenig fordern können.
Schlag auf sprut.de das Prinzip von Schaltnetzteilen nach. Du wirst sehen, dass es nicht schwierig ist, eine konstante Last mit hoher Leistung zu versorgen.
Das Problem sind stark schwankende Lasten. Und die sind im PC fast nur vorhanden, bei einer CPU z.B. 20W idle, 60W Last. Diese Schwankungen muss das Netzteil ausregeln können, ohne einzubrechen oder zuviel Spannung durchzulassen. Genau das wirst du wohl mit deiner Stromsenke nicht testen können, obwohl es das eigentlich interessante an einem Netzteil ist.

Ganz interessant: Auf den ersten Sockel A Mainboards waren alle Stromsparmodi (C0?) abgeschaltet, weil die Netzteile mit den ständig wechselnden Stromanforderungen nicht klar kammen und explodiert sind.

[fred123]

Beschreibung was ich genau vor habe:
Ich möchte mittels einer Stromsenke mit vier Leistungsschienen ein Testgerät für PC-Netzteile aufbauen. An die einzelnen Schienen können insgesamt vier Leitungen gleichzeitig gehängt und unterschiedlich belastet werden. Sinn und Zweck ist das Überprüfen von Stabilität, Wirkungsgrad, etc. Soweit habe ich auch schon die erste Schiene fertig und sie läuft auch, nur sind mir nun im Nachinein eben Zweifel gekommen, ob die Platine auf Dauer den Lasten standhält. Es sei dazu gesagt, dass es im Moment meines Wissens nach keine Netzteile für PCs gibt, die eine Leitung mit 50A belasten können, aber ich wollte lieber etwas Luft nach oben hin haben. Gängig sind zur Zeit rund 30A auf 3.3V, 5V bzw. 12V.

Ich habe schon versucht so weit wie möglich mit der Stromleitung von der eigentlichen Schaltung wegzugehen, da aber ein Präzisionswiderstand zum Messen zwischen Schaltung und den MOSFETs hängt, habe ich die Leitung aber auf die gleiche Platine wie die Schaltung gemacht...

Avion23 hat recht. Genau das wollte ich auch gerade sagen. Stromsenke, Mosfet..... du brauchst um ein Netztteil zu testen stark schwankende Lasten.

Mal so in die Tüte gedacht:

Was hältst du von 12 V Glühlampen als Last? Die bekommst du in 5,10,20,50Watt, wenn du mehr oder andere Werte brauchst reihen- oder parallelschalten.

Wenn du die jetzt nicht über Mosfet sondern über Kleinrelais mit kräftigen Kontakten an die entsprechenden Spannungen schaltest?

Da hast du Lampen-Fassungen die sich leicht montieren lassen. du kannst mit Reihen/Paralelschaltung billig jede Last simulieren. Optische Kontrolle und hast durch die Relais (nimm welche mit Autosteckern) eine sichere Trennung zwischen Steuerung und Last.

Weiter haben Glühlampen den Vorteil, das sie durch Kalt-/Warmwiderstand als Last das Netzteil recht fordern.

Das Messshunt würde ich auf eine unterbrochene Kupferschiene schrauben, die wiederum auf eine Kunststoffplatte montiert ist. Wenn du dir Kupferschienen dick genug machst, kannst du Löcher reinbohren und mit Bananensteckern (Hirschmann) die einzelnen Verbraucher anhängen.

Alternativ bohren und Gewinde ins Kupfer schneiden, Dann kannst du Kabel klemmen. Hochstromstecker und Buchsen sind nich gerade billig )

So ein Steckbrett für "richtig" Ampere )

Wenn ich das jetzt unverständlich beschrieben habe, kann ich das ja mal aufzeichnen.

Mit Glühlampen hast du die preiswertesten Lastwiederstände, (garantiert nur ohmsche Last) die es gibt, hast optische Kontrolle, und kannst fast jede Last nachbilden.

Ich benutze die immer um Akkus gezielt zu belasten/entladen oder auch um mal ein Netzteil zu prüfen wenn das unklare Sachen macht.

Elektronik ist zwar schön, aber bei solch hohen Strönen doch recht Problembeladen.

So würde ich das loesen. Denk das mal weiter....

Gruss der Fred

[Strahleman]

Ok, mal aus der Tüte gesprochen: wir haben das Glück, dass uns ein nicht gerade kleiner Elektronikteile-Versand bei diesem Projekt unterstützt. Wir haben hier schon alle Teile liegen, die für die Stromsenke von Nöten sind und ich habe auch schon einen Großteil auf die Kühler montiert und erste Testläufe mit Erfolg absolviert. Das einzige Problem war halt nur die Platine, da diese während dem Betrieb nicht abrauchen darf.
Es handelt sich bei dem Projekt keinesfalls um eine statische Last, da die Leistung, die das Netzteil aufwenden muss jederzeit per Poti geregelt werden kann. Später soll auch einmal ein Controller folgen, der genau diese Simulationen von Idle -> Volllast ect. durchspielt und dementsprechend automatisch die Leistung regelt. Nur das kommt erst, wenn die Stromsenke auch läuft
Dennoch Danke für die Tipps (ich habe übrigens auch zuerst überlegt, das Ganze auf Glühbirnen aufzubauen).

Noch einmal kurz die Antworten auf meine Frage zusammengefasst: Wenn die Leitung dick genug ist (z.B: mit Kupferleitung/blech verstärkt), ist es kein Problem, auch hohe Ströme durch die Platine zu schicken? Angst vor Überschlag etc. braucht man nicht haben, da die Spannung "lediglich" bei max 12V liegt.

[fred123]

Noch einmal kurz die Antworten auf meine Frage zusammengefasst: Wenn die Leitung dick genug ist (z.B: mit Kupferleitung/blech verstärkt), ist es kein Problem, auch hohe Ströme durch die Platine zu schicken? Angst vor Überschlag etc. braucht man nicht haben, da die Spannung "lediglich" bei max 12V liegt.

Max 12V= Da reichen ELEKTRISCH die "normalen Leiterbahn abstände. Ich wurde trotzdem den Abstand verdopplen, weil das MECHANISCH einfacher zu bauen ist.

Max 50A= Queerschnitte aus Liste. NUR.......

bei den hohen Strömen geht der Leitungswiderstand sehr schnell in die Messergebnisse ein, D.H die je ein paar hundert Milliohm der Klemmen, Leitungen usw. zusammengenommen machen das Messeigebniss fragwürdig.

Bei 2-3 A im Betrieb sind 200 mOhm kein Thema. Bei 50 A Nennlast und Bewertung der Ergebnisse solltest du die Schaltung mit einer Referenz eichen können. Wenn du einmal für 500A ein Shunt gefeilt hast, weißt du was ich meine ) Dein Problem sind die "niederigen" Spannungen. Bei <=12V50A=600VA machen sich 500mOhm ganz anders bemerkbar wie bei 60 oder 230V/600VA

Dein Lastzweig muss mechanisch Wiederholbar aufgebaut sein. Das. geht m.M.n. nicht mit aufgelöteten Leitungen auf der Platine sondern nur mit calkulierbarem Flachkupfer, maßhaltig gebaut.

Du musst also elektrisch die Aufbautolleranzen kompensieren oder mechanisch verlässlich aufbauen. D.h. die Verlustleistung, der Innenwiderstand deiner Schaltung muss bekannt bzw. einstellbar sein! Das setzt m.M.n. selektierte Mosfet und präzison bei der Mechanik voraus.

5V/50A = 0,1 Ohm. Dein Innenwiderstand muss signifikannt kleiner sein Viel Spass beim Schlossern wenn das auch noch fuer < 3V gehen soll.

Echte, kalibierbare "Elektronische" Lasten haben nicht umsonst einen Preis jenseits von gut und böse )

Gruss der Fred

Pa. Wie kompensierst du den Temperatur-Drift der Schaltung?