PCB con eagle e librerie personalizzate

[oDz]

Sto realizzando un progetto di agricoltura che prevede l'utilizzo di un arduino in una serra di germogliazione come centralina che comandi vari relè con i dati ottenuti dai sensori.
Fin qui tutto ok, anche se il codice non è ottimale e probabilmente potrebbe essere semplificato ma non è questo il problema.
Veniamo al dunque, questo progetto prevede la realizzazione di una serie di lampade. Sto sviluppando queste lampade con Eagle ma di elettronica non ne capisco molto.
Vorrei quindi qualche consiglio o revisione del mio lavoro in Eagle.

Allego i vari file in formato zip.

PS:
Mi sono fermato con lo sviluppo in quanto non so se è corretto il lavoro che sto facendo.
Potreste dirmi se il file LM301B.lbr che ho realizzato corrisponde a questo datasheet? https://cdn.samsung.com/led/file/resource/2018/09/Data_Sheet_LM301B_CRI80_Rev.4.1.pdf

led board.zip (34.8 KB)

LM301B.zip (11.5 KB)

[Etemenanki]

Ciao ... stai usando eagle 8.2, ed aprendoli con il mio da' un'errore, poi apre una scheda fatta cosi

se dipende dall'errore, ok, ma se l'hai realmente fatta cosi, non va assolutamente bene ... i led di potenza richiedono la maggior quantita' possibile di dissipazione di calore, quindi o stampati in alluminio da accoppiare ad un dissipatore, o se questo non e' possibile, almeno piste il piu larghe possibili, zone di rame estese, doppia faccia con vias abbondanti per trasferire calore, eccetera ... come minimo ... altrimenti in 5/10 minuti ti ritrovi con un bel pannello di led fritti ...

Dimmi se quella e' esattamente la dimensione e la disposizione che ti serve, che ti modifico la libreria in modo un po piu corretto (i produttori specificano sempre le "minime" dimensioni dei pad, ma non sempre queste misure sono le piu appropriate) e ti faccio uno stampato un po piu decente ...

EDIT: e dammi anche la MASSIMA dimensione dello stampato che vuoi usare, larghezza e lunghezza ... cosi posso prevedere anche dei fori per fissarli eventualmente a dei dissipatori, con dei silpad da 0.5mm ...

[oDz]

Ciao, grazie della risposta.

Come ho detto mi sono fermato con lo sviluppo e non ho continuato con il mettere dentro i led, la grandezza delle piste sarebbe stato il tema del prossimo messaggio ma mi hai anticipato.

Mi sono dimenticato di dire che: il circuito verrà realizzato in alluminio (sto cercando uno spessore dai 2,4 ai 4,4mm) e che volevo realizzaro in un unico lato in modo da avere l'altro lato completamente esposto all'alluminio.

Originariamente il modello era 200x285 con 14x22 led. Poi per comodità, disponibilità dissipatori, grid di eagle, rimetti in ordine i led una volta che aggiorni la libreria, ho optato per quel layout li.
Esteticamente mi convince. Praticamente non lo so.
Anche un 200x200 potrebbe andar bene.

La mia versione di Eagle avrà problemi di compatibilità con i file prodotti dalla tua?

[Etemenanki]

Versione, uso la 7.6, per cui la tua dovrebbe caricare i files senza problemi ...

Il tuo PCB mi risulta da 186x200mm, se questa e' la dimensione che preferisci o che ti serve io problemi non ne ho ... se fai realizzare i PCB in alluminio, poi li puoi anche incollare ai dissipatori con colla termoconduttiva ... o preferisci un po di fori per le viti ? ... se usi le viti con queste dimensioni non ne bastano 4 ai lati, perche' il pannello di alluminio rischierebbe di imbarcarsi al centro riducendo il contatto con il dissipatore ed il trasferimento termico, servira' usare del silpad da almeno 0.5mm e minimo 6 viti, ma anche quello non e' un problema ... e si, se e' di alluminio si puo fare tranquillamente una sola faccia ...

14x22 led, quindi vuoi piazzare 308 led per ogni lampada ? ... quei 3030 hanno una VF massima di 2.9V (il che, fra l'altro, significa che se vuoi fare serie di 14, finirai per dover usare un'alimentatore da 48VDC), se li alimenti a piena corrente, 200mA, dissiperanno in calore circa 600mW l'uno, tutto il pannello dovra' quindi essere in grado di dissipare circa 180W in calore, ed essere certi di non superare mai i 70/75 gradi a livello di PCB se vuoi che durino piu di poche ore ... quindi o ventolina dietro il dissipatore, o dissipatore "molto" robusto con un sacco di alette ... e se dovessi realizzarlo io, considererei la possibilita' di una limitazione termica attiva ... sonda NTC sul dissipatore, e loop di controllo per ridurre la corrente in caso la temperatura salisse troppo ... oppure circuito indipendente di sicurezza, collegato alla NTC, che riduca la corrente indipendentemente da quanto arduino lo pilota ... ma li devi decidere tu se vuoi farlo o no ... ovviamente anche i vari cavi andranno dimensionati adeguatamente per le correnti che circoleranno, ma penso questo tu lo sappia gia ...

[oDz]

Allora, ho visto queste lampade in commercio e non richiedono un dissipatore. a detta del produttore, 308 led a 78W producono circa 50-55 C°. Ovviamente indicano come durata del test "poche ore". A credere ci credo in quanto non è l'unica marca a venderle così, pensate per essere "nude". Infatti sono sotto la categoria del led Plung&Play.

Per quanto riguarda le viti penso che 5-7 possano bastare (?) ma anche qui ho visto alcuni modelli che hanno solo 4 buchi per dei ganci ad ogni angolo.

Il modello 14x12 che avevo pensato (mantenendo un rapporto efficenza lumen/watt ammissibile) dovrebbe assorbire circa 50-55W. Dovrebbe andar bene senza dissipazione ma non avendo esperienza con questi oggetti non lo so per certezza.

Mettiamo che le dimensioni massime siano 186x200 e 14x12 led. Escludiamo poi i problemi di dissipazione, in quanto devo ancora valutare se farmi da solo questi pannelli o comprarne di già fatti.
Come realizzeresti tu lo schema e come miglioreresti la libreria?

[Etemenanki]

oDz:
...a detta del produttore, 308 led a 78W producono circa 50-55 C°...

Ne dicono di cose, i produttori, pur di vendere ... tanto poi e' il cliente che si ritrova dopo un po di settimane con i led fritti ... ti allego un'esempio di quanto valgano le "dichiarazioni dei produttori" ... l'anno scorso ho comperato tre di quelle lampade a led che il produttore dichiarava "aluminum PCB, low temperature, 50000 hours lifetime" ... dopo 3 settimane di funzionamento NON continuo (accese 3 ore, spente 3 ore, accese 5 ore, spente 13 ore), erano ridotte tutte e tre cosi come nella foto ... HANNO PRESO FUOCO !!! ...

Ma vediamo i tuoi led ... dal datasheet risulta che ogni led ha una caduta di tensione interna media (abbuoniamo la massima, anche se sarebbe sempre da considerare quella)di 2.8V ed una corrente massima di funzionamento continuo di 200mA ... considera ora il dato fornito, 308 led e 78W ... se fosse vero, ogni led dovrebbe dissipare 78/308, circa 254mW , e quindi essere alimentato a 0.254/2.8, circa 90mA, cioe' meno del 50% di quello che puo reggere al massimo ... in quelle condizioni e con un robusto stampato in allluminio, forse reggerebbero alcune settimane, ma non certo a 55 gradi, a meno di non essere all'esterno d'inverno, perche' un pannellino di alluminio piatto, senza alette, di quelle dimensioni, 78W non li dissipa efficacemente a temperatura ambiente ... serve comunque un dissipatore, per quanto ridotto possa essere, ed un minimo di circolazione d'aria, anche per semplice convezione ...

Del resto il calcolo fai presto a farlo da solo ... 2.8V, per 0.2A dichiarati (se vuoi la massima efficenza)fa 560mW, per 308 led fa 172W e mezzo, non 78 ... se ci fosse una buona circolazione d'aria, un dissipatore da 200x200 con alette da 15 o 20 mm incollato dietro probabilmente riuscirebbe a tenertelo fra i 65 ed i 70 gradi, in ambiente chiuso a temperatura "da serra", ma una ventolina aggiunta dietro al dissipatore, anche a bassi giri, sarebbe molto meglio ...

il 14x12 assorbe circa 100W , comunque ... provo a disegnarti le tracce dello stampato e te lo allego con la libreria modificata, se riesco a finirlo oggi ...

[oDz]

Ok grazie mille delle spiegazioni.

Posso dirti per esperienza che un led alimentato alla massima potenza non è efficente e si rovina. Da quel che ho capito leggendo qui e li, un led più scalda meno illumina. i 78w, anche essendo meno del 50% del valore massimo, sono più efficenti dei 172,5 W.

Per efficenza si intende sempre il rapporto lumen/led. Avere un sistema efficente permette di risparmiare su alcuni costi, tra i quali la bolletta.

Esempio pratico sui led LM301B (che al momento sono tra i più afficenti sul mercato con i 223lm/W dichiarati dalla samsung). 98 led alimentati da 6,517W hanno un rapporto di 203 lm/W e producono 1326 lm, se alimentati da 56,588W avranno un rapporto di 167 lm/W e produrranno 9493 lm. Quindi avrò bisogno di circa 780 led a 46,763W per equiparare i lumen prodotti da 98led a 56,588W.

Però lasciamo da parte dati tecnici sui led che non era questo il mio problema.

Ho modificato la mia libreria e sono riuscito a creare un modello che non genera errori, mantenendo le misure del datasheet.
In base a cosa viene definita la larghezza delle piste sulla pcb?
Ho provato ad usare i calcolatori online e mi esce una larghezza di 1mm. È accettabile come valore?

Allego i nuovi file. Il progetto è un esempio per l'utilizzo della libreria e per capire il funzionamento del programma e della finalizzazione di una pcb. Questa volta ho utilizzato solo 7 led in serie.
Il 14x12 rimane comunque il mio obiettivo.

EDIT:
Aggiungo il modello 14x12. Con pad più grandi come consigliato. Può andar bene così?
Aggiungo anche i file gerber, perché noto una linea sottile nei solder pad. È una cosa rilevante oppure in fase produzione non creerà problemi?

LM301BV3.zip (1.57 KB)

7.zip (19.4 KB)

14x12_v2.zip (18.3 KB)

14x12_2018-12-01_v2_gerber.zip (45 KB)

[Etemenanki]

oDz:
Posso dirti per esperienza che un led alimentato alla massima potenza non è efficente e si rovina.

concordo, in media li faccio sempre funzionare anch'io fra il 50% ed l'80% della corrente massima, secondo le necessita' ... citavo il massimo per fare chiarezza.

In base a cosa viene definita la larghezza delle piste sulla pcb?

diverse cose, corrente massima, spessore del rame, temperatura ambiente e massima temperatura accettabile, caduta di tensione ... ma piu che altro esperienza e condizioni d'uso ... ad esemipo, se c'e' spazio e serve che reggano molta corrente, non ha senso farle del minimo possibile in base ai calcoli, meglio abbondare ... lo stesso nel tuo caso, dove quello che conta di piu non e' la corrente, ma il trasferimento termico, e dove hai molto spazio ...

Il 14x12 rimane comunque il mio obiettivo.

... cioe' cosi ?

Ho adattato il pannello alla tua griglia cosi i fori non rimangono sfalsati ... puoi usare i 10 fori da 3.2 per il fissaggio a vite se usi le viti ed il silpad, oppure semplicemente incollarlo ad un dissipatore piatto con colla termoconduttiva tipo Fujik o simili ... se invece vuoi usarlo senza dissipatore, i fori fra i led, oltre ad aumentare leggermente la superfice di scambio termico con l'aria, impediscono il ristagno dell'aria calda sul lato led se i pannelli sono montati in orizzontale ... ovviamente vanno usati driver a corrente costante che riescano a dare almeno 45/46 V e che puoi regolare fino a 1200 mA, in quel modo li faresti funzionare al 50% della corrente massima e forse reggerebbero anche senza dissipatore aggiuntivo (ma in quel caso ti consiglio un test di temperatura, per decidere se lasciarli senza o incollarci un dissipatore in seguito)

EDIT: ho usato la mia libreria perche' l'avevo gia fatta ... il led prevede pad leggermente piu grandi di quelli consigliati per facilitare la saldatura ed aumentare il trasferimento termico verso l'alluminio, ed il silkscreen va generato usando solo il tplace (in fase di test nascondi i vari layer document eccetera, che non servono in fase di produzione), e se devi aggiungere delle scritte, polarita', eccetera, fallo usando il tplace, cosi ti rimane tutto su un singolo layer per il silkscreen ... essendo pannelli per led, la soluzione migliore sarebbe solder bianco e silk nero, cosi anche la superfice bianca incrementa ulteriormente la riflessione della luce

ledboardtest.zip (30 KB)

[oDz]

Grazie dei consigli,
Sto dando un'occhiata alla libreria e ho notato che allinterno dei pad nel livello tStop ci sono altri rettangoli. A cosa servono?

[Etemenanki]

Potrebbero essere rimasti dalla vecchia libreria, ma mi sembra strano ... comunque in genere un tstop all'interno di un'altro tstop viene eliminato (o per essere piu precisi, le parti sovrapposte vengono considerate una sola), quindi puoi levare quelli in piu se vuoi, ma anche lasciarli non dovrebbe causare problemi ...

[oDz]

Avere delle piste più grandi influisce sui consumi? È rilevante questo consumo? nel senso, perdere o consumare 1w su 50 non è molto grave ma perderne 5 (esempio) inizia a sentirsi come cosa, considerando il progetto finale.

[Etemenanki]

Casomai il contrario ... piu la pista e' sottile, piu la sua resistenza aumente, quindi a parita' di corrente, causa maggior caduta di tensione e scalda di piu (e se e' "troppo" sottile, si brucia) ... quindi maggiore e' la corrente che circola, e maggiore dovra' essere la larghezza della pista per non scaldare e non causare cadute e perdite ... comunque io non le ho disegnate cosi grosse per la portata in corrente, ma solo per incrementare lo scambio termico con il supporto di alluminio del PCB, e farci stare comunque i fori per la circolazione dell'aria ...

[oDz]

Scusa il ritardo nel risponderti, ma sono stato in ospedale.

Grazie mille per le spiegazioni.

Volevo chiederti altre 2 cose, la prima è che mi hanno chiesto di scegliere la conducibilità termica della board in alluminio. Mi hanno detto che loro le producono con un valore di 2W/mk ma a detta di wikipedia l'alluminio ha un valore di più di 200. spiegazioni?

la seconda è, escludendo i pad termici che costano una fortuna, quanti grammi di pasta termica mi servono per lampada? Grazie

[Etemenanki]

oDz:
... Mi hanno detto che loro le producono con un valore di 2W/mk ma a detta di wikipedia l'alluminio ha un valore di più di 200. spiegazioni?

la seconda è, escludendo i pad termici che costano una fortuna, quanti grammi di pasta termica mi servono per lampada? Grazie

Per il PCB dipende se loro lo indicano a superfice o a volume ... la conducibilita' termica dell'alluminio e' alta, ma se il PCB e' spesso un millimetro, non e' la stessa cosa di un dissipatore con una base di 8 o 10 mm di spessore ... considera comunque che tu faresti un PCB abbastanza grande, con i fori per il ricircolo dell'aria, ed useresti i led alla meta' della loro potenza massima ...

Se per pad termici intendi i silpad, ormai non costano quasi piu nulla in proporzione al costo che avrebbe un PCB in alluminio ... ad esempio, questi da 100x100mm spessi 1mm

https://www.aliexpress.com/item/Blue100mmx100mmx1mm-GPU-CPU-Heatsink-Cooling-Thermal-Conductive-Silicone-Pad/32655801602.html

o anche spesso 0.5mm

https://www.aliexpress.com/item/Etmakit-Cooling-Thermal-100mmx100mmx0-5mm-GPU-CPU-Heatsink-Conductive-Silicone-Pad-for-Graphic-Cards-Chips-Bridge/32840067359.html

i silpad vanno comunque usati tutti con un'adeguato set di viti e fissaggi ...

Comunque la pasta termica, come anche la colla termoconduttiva (che NON e' grasso termico, ma silicone adesivo, si indurisce ed incolla), non va "a grammi", ne va messa il meno possibile fra due superfici il piu piane possibili per riempire gli eventuali spazi lasciati dalle irregolarita', ma NON sostituisce il metallo, per quanto buona possa essere ... si deve stenderne uno strato sottilissimo e premere bene le due parti, dal centro verso i bordi per non lasciare bolle d'aria, facendole scorrere un pochino avanti e indietro mentre si preme finche' non ne esce piu dai lati, in modo che ne rimanga fra i metalli il meno possibile ... poi nel caso della colla va lasciata sotto pesi per una giornata per farla indurire, mentre nel caso del grasso termico servono viti, molle o altre ritenzioni meccaniche per mantenere in posizione le parti in permanenza ...

[oDz]

nel senso, con un tubetto da 20 grammi quanta superficie copro?

[Etemenanki]

Quello e' impossibile da dire prima, dipende da quanto bene si preme, dalle irregolarita' del metallo, e cosi via, ma comunque a me durava parecchio ... certo con pannelli cosi larghi ne va di piu, ma considera che non deve rimanere spessore, o comunque il meno possibile, quindi se ne prende un po e con una spatolina si stende sottile sottile,, se non basta si aggiunge ... non dovrebbe andarne molto per pannello alla fine ...

Piuttosto, se usi colla termica o grasso termico e devi mettere i pannelli sotto pressione, dovrai costruirti una dima di appoggio ... quei led non sopportano molto il peso applicato direttamente sulla resina fluorescente, puo danneggiarsi il chip ... serve fargli una base che prema solo sullo stampato e lasci liberi i led ... il sistema piu semplice e' trovare del cartoncino duro piu alto dei led (quello compatto tipo scatole da scarpe e simili, NON quello ondulato che si schiaccerebbe troppo), e tagliare delle striscie poco piu strette dello spazio fra i led, poi si incollano su un'altro pezzo di cartoncino, o su un'asse piatta, o su un foglio di carta, tanto perche' rimangano in posizione ... si appoggia il pannello con i led nei vuoti, cosi la pressione si distribuisce sull'alluminio ... si puo farlo anche di legno o plastica, se si vuole qualcosa di piu durevole e serve fare parecchi pannelli, il cartone e' solo il sistema piu economico