Rele estado sólido Largura das trilhas?

[hertzing]

Ola a todos.

Estou projetando um rele de estado sólido resinado, sendo que este irá suportar uma corrente alternada de 40A.
O problema está na hora de calcular a largura das trilhas, pois os cálculos que encontro são geralmente baseados na norma IPC-2221A que especifica somente até 35A.
Vou também deixar as trilhas sem verniz, para ter uma camada de estanho ou até mesmo colocar mais estanho manualmente, mas o problema é garantir a uniformidade em produção.

Alguém teria outra norma para consulta ou algum calculo que utiliza?

[EDSONCAN]

Quando fiz proteção de armário ótico o modulo teve que suportar 40A, na época usamos trilhas de 500 mils (duas de cada lado) em uma placa de 4 OZ um das coisas que complicou foi a temperatura que o estanho ajuda dissipar, usamos trilhas de estanho em diagonal para funcionar como aletas de dissipador.

Abraços

[andre_luis]

Quando tive de lidar com esse cálculo, procurando na Web, não encontrei nada na ocasião que calculasse a capacidade de corrente pro caso de uma placa com a trilha estanhada na fabricação do PCB, e presumi que o motivo fosse alguma incapacidade de manterem um padrão previsível de espessura do tratamento de estanho nesse processo. Pensei até em bolar algum tipo de dissipador acima da trilha, como por exemplo uma fita termo-codutiva, mas achei a ideia meio bizarra.

Um palpite: Se conseguir trilhas em ambas as façes, e ainda se conseguir ambas acima e abaixo, a colocação de vias distribuidas pode garantir uma certa uniformidade na corrente, caso alguma área receba menos solda que outra.

[fabim]

Olha, está ai, algo que eu sempre fico confuso e sempre não entendo, porque as pessoas não entendem.
Primeira coisa, o triac que esta usando é estes TO220 ou TO247 ? Bem, se sim, olhe seus terminais que são feitos de cobre eletrolítico, e banhados com 0.5Oz de estanho.
Calcule a área deles, e veja se baseado em manuais, cálculos e tudo mais, existe lógica neste terminal trabalhar com 40A....
Pior, olhe um fusível faca automotivo, bisólhe BEMMMM. como pode uma liga de estanho/chumbo/bismuto, que tem uma resistência bem maior que o cobre ter uma permissividade de corrente dessas, com área tão pouco maior... ?

A explicação é simples, primeiro que em AC, o núcleo dos condutores tem corrente nula, por qual a corrente trafega na periferia dos condutores, "pesquise por litz como exemplo".
Segundo que para o COMPRIMENTO do condutor TERMINAL do componente, é denominada corrente nominal de trabalho, e máxima corrente de trabalho.
Segundo, que se sua placa for feita com TRILHAS curtas, no meu exemplo.
Do fast-on da entrada até o trica são 16mm, usei 2mm 1Oz, do triac até o kk3.96 são mais 11mm, mesmos 2mm 1Oz, a temperatura a 8.5A é desprezível !!
Baseado nisto, suponha que você utilize trilhas de 5mm, e ainda faça a soldagem inferior no CADINHO antes aplicando fluxo de solda, estas trilhas vão fáceis para 4 a 6 Oz, enfim, cada caso é um caso...

Comprimento, a maior resistência térmica/ôhmica relativa aos pontos de trafego de corrente é no centro, ou seja. O centro deste condutor vai aquecer mais do que qualquer outra parte !! Se este por sua vez é curto, ...

[xultz]

Só não se engane que 6 onças de estanho é bem diferente de ter 6 onças de cobre.
Se eu fosse desenvolver um trem destes, a primeira pergunta que eu me faria é: quantos volts eu aceito de queda sobre a trilha? Eu começaria chutando um número, por exemplo, 0,25V (inventei esse número agora, não me pergunte de onde tirei ele). Desta forma, é simples calcular a 40A quantos ohms a trilha pode ter. Sabendo os ohms e o comprimento, é possível calcular a largura da trilha para uma placa de meia onça, por exemplo.
Eu começaria gastando alguns mm de grafite da minha lapiseira calculando estes parâmetros prá ver onde eles chegam.

[andre_luis]

Fabim,


Fiquei curioso com sua observação, já que procurou validar o bom-senso de sermos tão rigorosos na estimativa, e fiz alguns cálculos abaixo, mas que parecem confirmar que realmente tanto o lead do TRIAC quanto as trilhas calculadas estão na mesma ordem de grandeza. Apezar de serem materiais diferentes, parecem que um confirma a validade do outro.

Apenas uma observação: Quando voce mencionou que a condução da eletricidade ocorre na periferia do metal, esse fenomeno realmente ocorre, mas apenas com frequencias bem mais altas na faixa de algumas dezenas de KHz, onde o efeito Skin passa a atuar.

Dimensões da trilha calculada p/ 35A sem estanho

• 700mils = 17.8mm
• 2Oz/ft2 = 0,07mm

Área total = 1,24mm2

Dimensões máximas dos terminais do encapsulamento TO-247

• 2.4mm
• 0.8mm

Área total = 1,92mm2

Referencias

PWB_Trace_Current.jpg

TO247_dimensoes.PNG

[EDSONCAN]

Interessante seus cálculos, mas pelo que entendi são para corrente continua, em AC e com cargas não lineares que tem DI/DT e DV/DT fica mais interessante.

[Maffeis]

Os sw de desenho de PCB (Altium Pad1s ) não tem nenhuma ferramenta que calcule isso?

Eu tinha um site nos favoritos (acabei perdendo) que calculava isso, era bem completo, levava em conta a temperatura se era uma trilha top botom ou interna.

Acredito que se houver algum tipo de resina, a dissipação de calor da trilha será afetada tb

Se vc conseguir medir a temperatura das trilhas vc poderia testar empiricamente?

Seria uma atitude de engenheiro testar empiricamente? seria uma solução profissional ou de gambiarreiro?

[Red Neck Guy]

faltou dizer que o efeito skin é dependente da frequência.

[andre_luis]

esse fenomeno realmente ocorre, mas apenas com frequencias bem mais altas na faixa de algumas dezenas de KHz, onde o efeito Skin passa a atuar

[RobL]

O kicad tem um calculador IPC2221. Se funciona não sei, mas é o ponto de partida para o velho método tentativa e erro.

Tem uns na net, mas cuidado:
http://circuitcalculator.com/wordpress/ ... alculator/

[fabim]

André, ai que esta.
Quando você calcula, você calcula baseado em qual cobre ?
Existe o eletrolítico, tungstênio, etc...
Eu tive um problema na china, onde uma PCB aqui feita no BR suportava com muita folga 18A DC, e precisei modificar um footprint, então mandei fazer 5 placas na china, e montei aqui, e botei pra funcionar, e deu pau !!
Abri o equipamento, peguei a placa, e as trilhas entre o mosfet e o barramento de saída estavam marrons, e o estanho escorreu do D e caiu entre G e D, pois a placa fica de ponta cabeça...
Sem entender, eu soldei alguns NTCS, e fiquei observando, e não cria no que via !!
Resumo, voltei a fazer no BR, o cobre de 1Oz, era de 1Oz, mas a resistência dele não era de eletrolítico !!

Só uma observação, o calculo que você fez ai, para 35A é ac ou DC, e qual foi o comprimento adotado deste J condutor para 35A ?

ABÇ fabim

[andre_luis]

Poisé fabim,


Foi realmente apenas uma estimativa baseado na qualidade padrão ( temos de partir de algum modelo como primeira aproximação ), mas tentando basear em alguma matemática pra comprovar a validade do cálculo pela tabela que voce questionou . Digamos que o motivo foi apenas provocativo, pra ver se alguem dá uma aproximação melhor. Quanto á tabela, acredito que tenha sido feita para um regime de corrente DC; realmente isso faz toda diferença no cálculo das trilhas.

Mas de qualquer modo, o hertzing continua sem ter como estimar a capacidade de corrente para o caso dele, que seria sem máscara de solda, estanhado.

[fabim]

ou hertzing, seguinte.
Supondo que sua planta tenha um terminal de entrada, e um terminal de saída.
E no meio disto exista o triac, o qual não sabemos qual é o case.
E supondo que seja o circuito padrão, limitador de corrente | | optocoupler->TRIAC--CARGA_IN/OUT.
Qual é a distancia entre conector 1 até A1, e A2 até conector 2.
Este conector para 40A AC, esta dimensionado corretamente ?
Como é a fixação dele ao cobreamento da trilha na discução ?
Este vai ficar em temperatura ambiente de painéis ? +/- 35 a 55°C.
A PCB vai ser isolada por resina ? ou apenas suspensa ?
Vai haver refrigeração em chanfros ? o dissipador como é ? Qual a resistência do mesmo ? Pois ao aquecer o triac, o calor é doado pelos terminais para PCB, num efeito cascata...
Enfim, é por isso que projetista cobra dezenas de milhares de reais para fazer um projeto que esta no mercado, e não da problema !
rsrs

ABÇ

[hertzing]

Ola a Todos,
Como não consegui comprovar teoricamente que as trilhas iriam comportar a corrente, hoje fui em um laboratório que possui uma boa câmera térmica para testar as placas que possuo como protótipo.
Ligue a placa do rele sem a resina e a caixa plastica, deixando o triac dobrado para fora da placa e fixado direto em um dissipador, sendo possível visualizar com a câmera os dois lados.
A trilha que passa a corrente possui 1oz, 5 mm de largura com 4cm de comprimento, sendo que fiz a trilha dos dois lados da placa e deixei ela sem a mascara de verniz no meio para ter também estanho, o teste foi feito sem adicionar estanho, somente com a quantidade que vem do fabricante da PCI.

Sendo que a temperatura da placa/trilha não ultrapassou os 85°C, durante o teste com 40A em 30min. Ficando aceitável pelo que me foi passado pelo fabricante da PCI que não poderia passar de 140°C.

fabim escreveu:
Comprimento, a maior resistência térmica/ôhmica relativa aos pontos de trafego de corrente é no centro, ou seja. O centro deste condutor vai aquecer mais do que qualquer outra parte !! Se este por sua vez é curto, ...

Pois é fabim,
pelo que verifiquei na termovisão as bordas ficaram mais quentes que o meio da trilha, mas deve ser por causa que deixei verniz nas bordas e a emissividade termica do metal/estanho pelo que estou vendo pode prejudicar a leitura da camera

Referente a questão de como pode os terminais do triac podem aguentar 40A,
notei que a temperatura nos terminais do TRIAC com encapsulamento TOP3, tirando o gate os outros chegaram a 80°C.

Vou continuar a fazer mais alguns testes, pois como comentaram, mesmo sendo um circuito simples possui muitos pontos que podem ocorrer falhas
Se eu tiver outra solução volto para compartilhar.

Agradeço a ajuda de todos!