Eurocircuits Printed Circuits Blog

was uns bei Eurocircuits beschäftigt, Projekte an denen wir arbeiten, neue Ideen, Hintergrund-Informationen und eine Plattform auf der Sie mitmachen können, Ihre Meinungs sagen können und uns dahin lenken können, was wichtig für Sie als Entwickler ist.

Uwe Dörr

master of all classes

Hey!

Gemeinsam mit Prof. Dr.-Ing. Francesco P. Volpe Professor für Mikrocomputertechnik und Digitaltechnik an der Hochschule Aschaffenburg haben wir die Auswirkung von unterschiedlichen Kupferlagenzahl und Kupferdicken auf die Kühlung eines SMD-Spannungsreglers gemacht. Das dazu gemachte Experiment, wird im Folgenden erläutert:

Möchte man ein linear geregeltes Netzteil aufbauen, steht man sofort vor der Frage, wie man die Verlustwärme am linearen Spannungsregler ableitet. Weshalb dieses Problem auftritt, wird an einem einfachen Design gezeigt:

Es soll ein linear geregeltes Netzteil mit einer Ausgangsgleichspanung von 24 V und einem maximalen Strom von 0,25 A entwickelt werden. Ferner sollen hautsächlich Bauteile in SMD zum Einsatz kommen. Ein solches Netzteil ist in Bild 1 zu sehen. Dabei handelt es sich um ein reines Prinzipschaltbild.


Bild 1: Linear geregeltes 24V-Netzteil.

Als Startpunkt wird die Ausgangsspannung gewählt und arbeitet sich in Richtung Transformator vor. Ausgehend von 24 V Ausgangspannung müssen vor dem Spannungsregler 3 V mehr anliegen. Diese sogenannte Dropout-Spannung benötigt der Spannungsregler um zu arbeiten. Über den Brückengleichrichter verliert man zusätzlich die Durchlass-Spannung von zwei Dioden, also ca. 1 V (es wurden Schottky-Dioden verwendet). Damit muss der Transformator an der Sekundärseite 24V+3V+1V=28V liefern. Das ist dann die Spitze-Spitze-Spannung. Die Ausgangsspannung von Transformatoren wird üblicherweise als Effektivwert angegeben. Die berechnete Spitze-Spitze-Spannung von 28V muss noch durch den Faktor 1,4142 (Wurzel aus 2) dividiert werden. Man erhält somit eine effektive Sekundärspannung von 28V/1,4142=19,8V. Es wird ein Transformator benötigt, der bei einer Netzspannung von 230V eine Ausgangsspannung von ca. 19,8V liefert. Leider ist das nicht die ganze Wahrheit. Die Netzspannung kann 230V+/-23V betragen. Also muss der Transformator bei der minimalen Netzspannung von 203V bereits 19,8V am Ausgang liefern. Somit wird ein 24V-Transformator gewählt. Dieser ist in der Lage, auch die minimale Spannung von 19,8V bei geringer Netzspannung zu liefern.

Wie sehen die Spannungsverhältnisse bei dem gewählten Transformator nun aus? Dieser wird eine Spitze-Spitze-Spannung von 24V x 1,4142 = 33,94V am Brückengleichrichter bereit stellen. Nach dem Brückengleichrichter werden es immer noch 32,94V sein (1V weniger wegen zwei leitender Schottky-Dioden). Der Spannungsregler wird eine Verlustleistung von Pv=(32,94V – 24V)x0,25A=2,24W umsetzen, die in Form von Wärme abgeben wird. Dazu wird der Regler, der in SMD ausgeführt ist und ein SOT-263 Gehäuse besitzt, die Wärme an das Kupfer der Leiterplatte abführen. Zur Messung, wie warm der Spannungsregler wird, wurden Messungen durchgeführt (siehe Bild 2). Als Last wurde ein einstellbarer Widerstand verwendet und für die Schaltung aus Bild 1 wurden drei Leiterplatten hergestellt, die sich in der Lagenzahl und Kupferdicke unterscheiden (siehe Tabelle 1). Anschließend wurden alle drei Schaltungen auf den unterschiedlichen Leiterplatten gemessen. Dazu wurde am Eingang des Spannungsregler 10V und der Ausgang mit 0,25A belastet. Damit ist sichergestellt, dass alle drei Messungen mit exakt der gleichen Verlustleistung von 2,5W durchgeführt wurden. Die Erwärmung des Spannungsregler und der Leiterplatte wurde mit einer IR-Kamera aufgenommen. Die Ergebnisse sind in den Bilder 3a bis 3c zu sehen: Bei der einseitigen Leiterplatte steht dem Spannungsregler weniger Kupferfläche zur Abführung der Wärme zu Verfügung und erwärmt sich auf ca. 88°C. Die Kupferfläche beträgt bei dieser Leiterplatte ca. 1.000mm2 (siehe Bild 3a). Bei der zweiseitigen Leiterplatte mit einer Kupferdicke von 35µm sind beide Lagen über 70 Vias miteinander verbunden. Dadurch werden Teile der Wärme auch auf die untere Lage geleitet und die zur Verfügung stehende Kupferfläche ist ca. doppelt so groß (ca. 2.160mm2). Es muss aber beachtet werden, dass durch die Vias die thermische Anbindung nicht optimal ist. Der Spannungsregler erwärmt sich auf knapp 74,5°C (siehe Bild 3b). Schließlich ist in Bild 3c die Messung für die zweiseitige Leiterplatte mit einer Kupferdicke von 70µm gezeigt. Hier kann sich aufgrund des stärkeren Kupfers die Wärme besser ausbreiten und der Spannungsregler erwärmt sich auf ca. 69,8°C.


Bild 2: Messaufbau. Ein Trennstelltrafo wurde verwendet, um die Netzspannung zwischen 203V und 253V einzustellen.

Tabelle 1: Messungen mit unterschiedlichen Kupferlagen und -dicken

LeiterplatteKupferlagenKupferdicke / µm
1 1 35
2 2 35
3 2 70

Die Leiterplatte 1 ist mit einem Fräsbohrplotter und Leiterplatte 2 und 3 sind bei Eurocircuits hergestellt worden.


Bild 3a: IR-Bild der einseitigen Leiterplatte mit 35µm Kupferdicke.


Bild 3b: IR-Bild der zweiseitigen Leiterplatte mit 35µm Kupferdicke.


Bild 3c: IR-Bild der zweiseitigen Leiterplatte mit 70µm Kupferdicke.

Fazit:
Zur Kühlung von SMD-Spannungsregler wird eine große Kupferfläche benötigt. Diese kann auch durch eine zweilagige Leiterplatte erfolgen, indem die zwei Kupferlagen mit vielen Vias durchkontaktiert werden, um die Wärme auf die untere Kupferlage zu bringen. Mit dieser Maßnahme konnte die Erwärmung des Spannungsreglers von 88°C auf 74,5°C gesenkt werden. Die Erhöhung der Kupferdicke von 35µm auf 70µm und damit des Querschnitts der Fläche brachte eine weitere Temperatursenkung auf 69,8°C.

veröffentlicht unter:
Technologie
veröffentlicht am:
01 Feb 2017
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Eine Gruppe von Studenten der ETH Zürich arbeitet an der Entwicklung des treppensteigenden Rollstuhls Scewo.

Der elektrische Rollstuhl kann für Menschen, die sich regelmäßig im Rollstuhl bewegen eine große Hilfe im Alltag sein. Somit können Gebäudeeingänge mit Schwellen, unebene Wege, steile Rampen oder Treppen mit Hilfe dieser Entwicklung in Zukunft gemeistert werden. Eurocircuits durfte mit seinem Sponsoring in Gestalt von Leiterplatten auch einen Beitrag leisten. Die notwendige Elektronik ist dabei in zwei Boards unterteilt:

Power-Board mit Stromsensor, Spannungsverteilung, div. Sicherungen, DC-DC-Konverter (von 48V auf 24V) sowie 4 LED-Treiberbausteinen, welche uns zukünftig auch das Dimmen der Lichter erlauben. Hier haben wir von Eurocircuits einen extra dicken Kupferfilm bestellt (95 µm) um die Leiterbahnen nicht allzu breit dimensionieren zu müssen und den Print kompakt zu halten.

Logic-Board mit allen nötigen Sensor- und Bus-Anschlüssen, Not-Aus-Abschaltung, sowie einigen Hilfschips wie PWM-Treiber, Speaker oder Logic-Level-Spannungswandlern. Ausserdem findet sich hier die Verbindung zu unserer Computation-Unit, einem Toradex Ixora Board (über das breite Flachbandkabel).

Die ETH Zürich ist für den CYBATHLON Wettkampf im Oktober somit bestens vorbereitet.

http://scewo.ch/

http://www.cybathlon.ethz.ch/die-disziplinen/Rollstuhl-Parcours.html

Wir wünschen dem Team viel Erfolg.

veröffentlicht unter:
eC-Sponsoring
veröffentlicht am:
08 Sep 2016
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Bestell-Pooling ist für Eurocircuits eine Mission. Wenn Sie alles über Bestell-Pooling und seine Entwicklung wissen möchten, lesen Sie zunächst unseren BLOG dazu: "Die Geschichte des Bestell-Pooling".

Im Prinzip kann jede Leiterplatte mit einem anderen Auftrag gemeinsam gefertigt werden. Grundsätzlich muss dafür nur eine Bedingung erfüllt sein: Genügend ähnliche Aufträge die auf einem Produktionspanel gemeinsam gefertigt werden können.

Seit vielen Jahren berechnet unser Kalkulator die Preise nach technischen Aspekten. Der PCB Konfigurator hebt dabei jede ungünstige technologische Option hervor, die das Pooling teurer macht.

Wir haben unseren PCB-Konfigurator nun mit einer ähnlichen Logik für die Auftragsgröße erweitert. Je größer der Auftrag desto weniger Pooling-Möglichkeiten gibt es. Basierend auf der Größe der Leiterplatte/Nutzen berechnen wir wie viele Produktionspanel wir benötigen. Werden für unseren STANDARD pool Service mehr als 25 Produktionspanel benötigt, ist er nicht mehr Effizient genug. In dem Fall berechnen wir dann einen NON-Pooling Preis. Die Leiterplatte bzw. Kundennutzen – Größe beeinflusst die Ausnutzung Produktionspanel und ist somit der Hauptkostentreiber.

Findet der PCB Konfigurator NON-Pooling Optionen werden diese unterhalb der Anmerkungen angezeigt. Die Münzen verweisen dabei auf die Ursache. Gleichzeitig wird die “Produktions-Paneleffizienz" in % angezeigt. Damit hat man die Möglichkeit die Leiterplatten/Kundennutzen anzupassen um eine größere Effizienz zu erzielen, was wiederum einen geringeren Stückpreis zur Folge haben kann oder speziell für kleine Leiterplatten eine höhere Stückzahl bei gleichen Kosten.

 

Einige Beispiele sollen dies deutlich machen..

 

Nicht poolbare technische Optionen und Produktionspanel Ausnutzung

Eine 4-Lagen Leiterplatte, 65x55mm mit umgekehrten Lagenaufbau als Non-pooling Option, 2 Stück als Prototypen.

Non-pooling bedeutet, wir müssen diese beiden Leiterplatten auf einem Produktionspanel fertigen und haben keine weiteren Aufträge um dies zu füllen. Die Paneleffizienz (Ausnutzung) beträgt 4%.

Es würden mehr Leiterplatten auf den Nutzen passen. Sie können die Anzahl der Leiterplatten erhöhen, bis die Bemerkung verschwindet. Eine Erhöhung auf 40 Leiterplatten verbessert die Effizienz auf 81% ohne den Gesamtpreis merklich zu beeinflussen.

 

Nicht poolbare Stückzahl und ineffiziente Kundennutzen

Eine doppelseitige Leiterplatte 65x55mm im Kundennutzen als BINDI pool wobei ca. +/- 1.600 Stück benötigt werden.

Ein mehr oder weniger quadratischer Nutzen von 4X4 Stück erreicht eine Paneleffizienz von 59% und hat einen Stückpreis von 16.23€/16 = 1.014€ zur Folge.

Durch einfaches ändern des Kundennutzen auf 5x3 verschwinden alle Bemerkungen und dies hat einen Stückpreis von 10.64€/15 = 0.709€ zur Folge. Das ergibt eine Einsparung von 30%.

 

Diese beiden Beispiele erläutern zwei klassische Fälle der Optimierung nicht poolbarerer Aufträge entweder durch Füllen der Produktionspanel bei kleiner Stückzahl oder Verbesserung des Kundennutzen durch Anpassung der Nutzengröße. Beide Fälle führen zu einer WIN-WIN Situation für unseren Kunden und Eurocircuits durch Minimierung nicht nutzbarer Fläche auf dem Produktionspanel. Unser Leiterplatten-Konfigurator wird Ihnen dabei behilflich sein.

 

Für diejenigen die mehr Hintergrundinformationen haben möchten, noch folgender Hinweis:

Nicht poolbare Stückzahlen in “X" Produktionspanel per Service sind:

  • STANDARD pool – 25 Produktionspanel
  • BINDI pool – 25 Produktionspanel
  • IMS pool – 25 Produktionspanel
  • RF pool – 10 Produktionspanel
  • SEMI-FLEX pool – 5 Produktionspanel
  • NAKED proto – 5 Produktionspanel

Größe Produktionspanel:

  • 0L, 1L, 2Layer - 24"X18" ergibt eine Nettofläche von 585mmX432mm
  • Multi layers – 21"X18" ergibt eine Nettofläche von 505X435mm

 

WICHTIGE BEMERKUNG

Alle Berechnungen zur Größe und Paneleffizienz beziehen sich auf eine rechteckige Kontur der Leiterplatte/Nutzen.

Für komplexe Formen und sehr komplexe Kundenutzen verweisen wir auf die Möglichkeit “Angebot anfordern“ Diese Option erscheint immer wenn entsprechende Details ausgewählt wurden.

veröffentlicht unter:
Eurocircuits Strategie und Historie
veröffentlicht am:
05 Sep 2016
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1185
 

Bis dato war ein Programmieradapter immer nur eine technische Schnittstelle zwischen Mikrocontroller und der passenden Flash- oder Debugsoftware. Beim USBprog hat man die passende Software mit in den Adapter gesteckt, und diese über einen Browser und per Netzwerk über ein Webservice zugänglich gemacht. Schnell kann so auch der Einsteiger ohne komplizierte Installation von jedem Betriebssystem – auch vom Tablett aus Mikrocontroller programmieren oder debuggen.

Im Eurocircuits-Shop kaufen

Der USBprog 5.0 OpenOCD ist ein Programmier- und Debugadapter der komplett ohne extra Installation von zusätzlicher Software auf dem PC egal ob Windows, Mac oder Linux auskommt. Im einfachsten Fall bedient man alles per Webbrowser. Soll der Programmer aus einer Batchdatei oder einem Makefile angesteuert werden gibt es dafür ein einfaches Kommandozeilentool.

-ARM JTAG/SWD Debugger und Programmer
-AVR ISP Programmer für das Flashen von Standard Prozessoren
-Pegelwandler (einstellbar 1.8V, 3.3V und 5.0V)
-Browseroberfläche für die einfache Bedienung
-Anleitung für Integration in das Atmel AVR Studio 6
-Webservice Schnittstelle für ein Kommandozeilen Tool
-Anbindung per USB Netzwerk Schnittstelle (RNDIS)
-Firmware Archiv um eine Software einfach immer wieder z.B. in der Produktion einspielen zu können.

Der USBprog 5.0 vereint viele Programmer in einem Gerät. Per Browser bedienbar fallen so typische Konfigurationswaufwände weg. Der USBprog 5.0 läuft mit Windows 7 u. 8, MacOS, Linux Anstecken, Netzwerkverbingung einrichten, bzw. wird diese automatisch z.T. eingerichtet.

Per Browser verbinden: http://10.0.0.1 Programmieren und Debuggen war noch nie so einfach.

Mehr Information erhalten Sie auf der embedded-projects Webseite.
veröffentlicht unter:
eC-tools
veröffentlicht am:
23 Jun 2016
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560

Für die TUfast haben wir Leiterplatten für einen Hardware-in-the-Loop Prüfstand gesponsert.

 

Hauptziel des HiL-Prüfstandes ist es Zeit während des Autobaus zu gewinnen um mehr Testkilometer mit dem Rennwagen absolvieren zu können. Fehler in der Kommunikation zwischen den unterschiedlichen Komponenten können bereits im Vorfeld erkannt werden, bevor diese im Auto installiert sind. Dabei geht es vor allem um die Erkennung falscher Pin Belegungen in der Niederspannung, Fehler in der Programmierung des CAN-Frames, Fehler in der Abschaltung, Fehler bei der Konvertierung analoger Sensorwerte in digitale Werte, falsche Berechnung der Sensorwerte.

Ein weiteres wichtiges Ziel ist die Nachhaltigkeit. So soll der Prüfstand nicht nur mit dem aktuellen Auto arbeiten, sondern mit leichten Modifikationen an die Autos der nächsten Generationen angepasst werden können. Auch die platzsparende, kompakte Bauweise ist hervorzuheben.

 

Wir freuen und mit dem geleisteten Sponsoring dem TUfast e.V. Racing Team der TU München einen Beitrag zu leisten um ein interessantes und wichtiges Projekt zu realisieren.

veröffentlicht unter:
eC-Sponsoring
veröffentlicht am:
16 Jun 2016
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376

Zusammen mit CadSoft hat die Firma Eurocircuits wieder einmal einen Workshop an einer Universität abgehalten. Diesmal waren wir an der Otto-von-Guericke-Universität in Magdeburg.

Die Teilnehmer kamen von der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik z.T. aus dem Bereich Elektrische Energietechnik.

An der Uni gibt es derzeit 14'000 Studierende. In den letzten Jahren hat sich ein entscheidender Wandel in der universitären Forschung von der angewandten zur innovativen Grundlagenforschung vollzogen. Es gibt 9 Fakultäten, darunter die Fakultäten für Maschinenbau, Elektrotechnik und Informationstechnik, Informatik, Mathe, Naturwissenschaften.

Zunächst wurde von Uwe Dörr die Herstellung eines 4-Lagen Multilayers anhand von Anschauungsmaterial erläutert.

Danach gab Richard Hammerl von CadSoft eine Einführung in die Grundlagen des Layout Programms EAGLE. Insbesondere wurde auf die einzelnen Module Bauteilbibliothek, Schaltplan und Layout, sowie auf aufkommende Fragen der Teilnehmer eingegangen.

Äußerst positiv zu erwähnen ist die große Teilnehmerzahl (20), obwohl der Workshop am Freitag bis 16.30 Uhr andauerte. Für das das als Präsent überreichte „Kaiser Otto Bräu“ bedanken wir uns recht herzlich – wir haben es uns am Wochenende gut schmecken lassen.

veröffentlicht unter:
Workshops
veröffentlicht am:
14 Jun 2016
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