Erdung der Leiterplatte im Aluminiumgehäuse

Ich habe einige Nachforschungen zu dieser Frage angestellt und obwohl ich hier eine Reihe von Fragen gefunden habe, die etwas Ähnliches stellen, bekomme ich nicht ganz den direkten Vergleich, nach dem ich suche. Deshalb habe ich beschlossen, meine eigene Version der Frage zu stellen.

Ich entwerfe eine Leiterplatte, die schließlich in ein Aluminiumgehäuse eingebaut und im Freien verwendet wird, wo sie den Elementen ausgesetzt ist. Eine Reihe anderer Geräte sind über möglicherweise lange Kabel mit dieser Box verbunden. Da dieses Gerät freigelegt wird, muss ich mein Bestes tun, um die Leiterplatte vor Blitzeinschlägen und ähnlichen Ereignissen in der Nähe zu schützen. Das Gehäuse selbst hat eine große Erdungslasche aus Kupfer, an der ein externes Erdungsband befestigt ist. Das Erdungsband ist mit einem großen Erdungsstab verbunden, der tief in die Erde geschlagen wird. Meine Frage bezieht sich auf die Verbindung zwischen der Platine und dem Aluminiumgehäuse.

Es gibt zwei Möglichkeiten, die ich vergleichen möchte:

  1. Ein etwa 3-6 Zoll langer Hochleistungsdraht wird direkt an ein großes Erdungspad auf der Leiterplatte gelötet, das mit einem Kupferguss verbunden ist, der die oberen und unteren Schichten der Platine bedeckt. Dieser Draht wird dann mit einem großen Ring-Crimp-Anschluss an der Rückseite einer der Erdungsösen-Befestigungsschrauben angeschlossen.

  2. Der Erdungskontakt wird zwischen der Leiterplatte und dem Aluminiumgehäuse mit vier großen verkupferten Befestigungsschrauben hergestellt, die die Platine über die vorgesehenen Gewindebohrungen im Gehäuse befestigen. Die Befestigungslöcher/Pads auf der Platine sind durchkontaktiert und verbinden die Platine über die verkupferten Schrauben mit Masse.

Welche dieser beiden Optionen wird bevorzugt, um die Leiterplatte zu erden und vor EMI und/oder großen Überspannungen zu schützen? Offensichtlich suche ich nach der Option mit der niedrigsten Impedanz, die mir meiner Intuition zufolge diejenige ist, bei der die Erdverbindung über die Befestigungsschrauben hergestellt wird, aber es gab einige Diskussionen darüber, dass das Gegenteil der Fall ist.

Diese Frage ist kaum zu beantworten. Wir wissen nichts über die Durchmesser (Impedanzen) der vorgeschlagenen Lösungen. Meiner Meinung nach: Wenn Sie wirklich die Option mit der niedrigsten Impedanz benötigen, warum wenden Sie nicht einfach beide Optionen an?
Könnten Sie einen Blitzableiter in der Nähe Ihres Geräts platzieren, anstatt Ihr Gerät als Blitzableiter zu verwenden?
Aluminium sollte nicht mit Erde/Boden in Berührung kommen und nicht mit Laugen in Kontakt kommen oder direkt in Beton eingebettet werden. Für den Übergang zwischen Kupfer und Aluminium benötigen Sie qualifizierte Bimetallelemente. Wasser, das von Kupfer abfließt, oxidiert auch Aluminium. Und Sie können immer noch Seitenblitze / Lichtbögen in einer Box bekommen. Vielleicht mehr, als Sie lesen möchten, aber schauen Sie sich vielleicht NFPA 780, UL 96 & 96A und LPI 175 an.
@StefanWyss Verstanden, ich nehme an, es gibt viel mehr Variablen zu berücksichtigen als nur die, die ich erwähnt habe. Der an das Erdungspad gelötete Erdungsdraht ist ein #12 AWG-Litzendraht, obwohl ich Ihnen nicht sagen konnte, wie viele Litzen. Die verkupferten Schrauben sind Nr. 10-32, und die PCB-Befestigungslöcher haben einen Durchmesser von etwa 7 mm mit Pads von 10 mm Durchmesser. Die Platte ist 2,2 mm dick. Dies sind wahrscheinlich nicht genug Informationen, um davon auszugehen, ich denke, ich suche nur nach einer allgemeinen Idee. Ich versuche, den Draht nicht löten zu müssen, denn mit dem bleifreien Müll ist das Löten an einem so großen Pad sehr schwierig
@AndrewMorton Blitzeinschläge in der Nähe , keine direkten Einschläge! Die langen Kabel, die in diese Box kommen, fungieren als Antennen und wenn es einen Blitzeinschlag gibt (selbst innerhalb von ein paar Kilometern), kann er Strom in den Kabeln induzieren und eine erhebliche Spannungsspitze verursachen. Ich habe einen Überspannungsschutz auf der Platine (Gasentladungsröhren, Drosseln, TVS-Dioden usw.), der die überschüssige Energie auf Masse leitet. Nichts davon würde jedoch einen direkten Schlag überleben, und dessen bin ich mir bewusst.
@jonk Das ist mir auch in den Sinn gekommen. Es gibt viele potenzielle Probleme (kein Wortspiel beabsichtigt) mit unterschiedlichen Metallen, und auch das ist ein Problem, das gelöst werden muss. Danke aber für das Referenzmaterial.
@DerStrom8 Beachten Sie, dass die nahe Erdspannung auch bei großen Volt / Meter-Gradienten ziemlich hoch springen kann. (Es kann zu erzwungener galvanischer Korrosion von Edelmetallen kommen, was normalerweise nicht der Fall ist. Dies wäre ein kurzfristiges Problem, es sei denn in einem Gebiet, in dem hohe Erdströme die Norm sind – wie dies bei nahe gelegenen Schmelzhütten der Fall sein kann.) In einer Installation Ich besuchte, das gesamte Gebäude selbst sprang auf 7 kV, wenn ein (großes) Röntgengerät aktiviert wurde. Daher müssen die Entfernungen, über die Dinge galvanisch verbunden sind, möglicherweise auch beachtet werden. Klingt aber so, als hättest du die Dinge im Griff.
@jonk Richtig, ich würde nicht erwarten, dass dieses Gerät sehr oft Erdungsstrom sieht, und wenn dies der Fall ist, wäre dies ein sehr kurzer Übergang. Ich kann mir vorstellen, dass der direkte Kontakt zu diesem Zeitpunkt meine einzige Sorge wäre, es sei denn, Langzeittests deuten auf etwas anderes hin.

Antworten (1)

Unter Verwendung von Methode Nr. 1 als Grundlage soll der Draht zu einem großen Guss führen, der NICHT die Grundebene auf der Leiterplatte ist, aber von ihr getrennt ist und dennoch an einem Punkt verbunden ist. Alle anderen Dinge, die von transienten Ereignissen betroffen sein könnten, müssen ebenfalls mit dieser Ebene verbunden werden (wie Steckverbinder-Endgehäuse und Kabelschirme).

Der Zweck hiervon besteht darin, einen Weg für transiente Ströme bereitzustellen, um zur Erde zu fließen, während die PCB auf dem gleichen Potential wie der Transient gehalten wird, der Transient jedoch nicht auf seinem Weg zur Erde durch die PCB fließen kann.

Dies schließt #2 automatisch aus, da mehrere Verbindungen zur Erde bedeuten, dass der Übergangsstrom auf seinem Weg zur Erde DURCH die Leiterplatte fließen kann. Selbst wenn die Masseebene von den Masseebenen getrennt ist, führt die Tatsache, dass sie sich überlappen, zu einer kapazitiven Kopplung zwischen den Ebenen.

Das Anschließen an nur einen Punkt auf der Leiterplatte ohne geteilte Ebene hat ein ähnliches Problem, da sich der Strom auf der Masseebene ausbreitet und unter Komponenten fließen kann, weshalb Sie die Aufteilung und Verbindung zur Masseebene nur an einem Punkt wünschen.

Wenn Sie ein Exemplar von Henry Otts Buch finden können, behandelt es dies ausführlicher in Kapitel 15.

Hier ist eine Tabelle, die die Impedanz von Löt- und Schraubverbindungen vergleicht. Es ist nicht direkt auf Ihr Szenario anwendbar, aber ich denke, es zeigt an, dass die Kupferschrauben- und Riser-Methode in Ordnung sein sollte, solange sie nur mit einem Punkt auf der Leiterplatte verbunden ist. Da es sich nur um eine Einpunktverbindung handelt, kann auch in diesem Fall direkt mit der Masseebene verbunden werden, da transiente Ströme im Gehäuse nicht durch die Steigleitung fließen sollten. Sie benötigen keine Mini-Erdebene auf der Leiterplatte (das ist das leitfähige Gehäuse selbst).

Dieser Verbindungspunkt zum Gehäuse sollte so nah wie möglich an allen Kabelschirmverbindungen zum Gehäuse liegen, falls vorhanden.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Entnommen aus Elektromagnetische Verträglichkeit, Henry Ott 2009

Ich bin mir bewusst, dass die Erdung nicht mit der Schaltungserde identisch ist. Es ist über eine Kelvin-Verbindung direkt in der Nähe des Erdungspads mit der Schaltungsmasse verbunden. Das Gießen auf der oberen und unteren Schicht soll als eine Art "Schild" fungieren, während ich meine Schaltkreismasse auf einer internen Ebene habe. Dies schließt Ihren Ausschluss von Nr. 2 aus, da sich die vier Anschlüsse auf der Erdung und nicht auf der Erdungsebene der Schaltung befinden. Daher ist meine Frage nach wie vor gültig.
Überschneidet sich der Erdbodenguss mit den Erdgussmassen im Szenario Nr. 2? Denn das würde aufgrund der kapazitiven Kopplung zwischen den Ebenen immer noch ein ähnliches Problem darstellen.
Hmm, das ist ein fairer Punkt, den ich nicht berücksichtigt habe. Sie überlappen sich tatsächlich, was eine kapazitive Kopplung ermöglichen würde. Es gab eine andere Option, die dieses Problem lösen könnte - Eine kleine Kupferinsel um eines der Befestigungslöcher auf dem Erdungsnetz herum. Diese Insel würde wie zuvor über eine Kelvin-Verbindung mit der Schaltungsmasse verbunden. Die verbleibenden drei Befestigungslöcher wären isoliert. Dadurch wird ein einzelner Erdungspunkt bereitgestellt, der die Schaltungserdung nicht überlappt. Vielleicht wäre das besser, als einen 12AWG-Draht an die Platine gelötet zu haben?
Würde ich richtig sagen, dass dies die Frage auf den Punkt bringt, ob ein direkt gelöteter Draht oder eine Kupferschraube für eine Einpunktverbindung der Leiterplatte zur Erde besser wäre? Lassen Sie mich mein Buch durchgehen. Ich meine mich zu erinnern, dass es Vergleiche für die Impedanz gab, die mit verschiedenen Arten von Verbindungen verbunden sind.
Das ist eigentlich die Frage, obwohl das eigentliche Ziel darin besteht, festzustellen, ob eine Schraubverbindung gut genug funktioniert, um die Lötverbindung zu ersetzen, die teurer und aufwändiger herzustellen ist.
Schöner Tisch! Das sind sehr gute Informationen. An dieser Stelle versuche ich nur herauszufinden, welche Option zu welchem ​​Tabelleneintrag gehört. Die Verwendung des an die Platine gelöteten AWG-Kabels Nr. 12, das dann an eine Ringklemme gelötet / gecrimpt wird, die dann mit der Kupfer-Erdungsöse verbunden wird, klingt so, als würde sie in die dritte Reihe der Tabelle passen. Die Schraubbefestigung der Platine direkt am Gehäuse klingt so, als würde sie in die letzte Reihe passen. Würdest du zustimmen? Klassifiziere ich sie falsch?
Einen 1:1 Vergleich gibt es hier glaube ich aufgrund unterschiedlicher Anwendungen nicht. Ich habe dies mehr gepostet, um zu zeigen, wie nahe sie beieinander sind, und nicht, um sie gegeneinander zu bewerten. Ich denke, die Kabelabschirmung in der Tabelle ähnelt eher Ihrer Leiterplattenebene als einem Erdungskabel. Die letzte Reihe hat nichts, nicht einmal Lötzinn, zwischen Abschirmung und Gehäuse, was in Ihrem Szenario mit nichts übereinzustimmen scheint. Ihr Setup wird immer etwas Extras wie einen Draht mit Löt- oder Ringkabelschuh, einen Riser und eine Schraube oder vielleicht eine gegen das Gehäuse gedrückte Steckerendhülse haben.
Erdung der Leiterplatte im Aluminiumgehäuse
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