Hallo, ich bin beim Gurgeln zufällig auf folgende AppNote von Analog Devices gestossen: http://www.analog.com/library/analogDialogue/cd/vol41n2.pdf#page=2 Dort wird etwas über das korrekte Layouten der Masse in Schaltregler-Designs gesagt. Ich habe mal, so aus reiner Neugier, versucht, das umzusetzen. Es heisst in der AppNote, dass ein gutes Schaltregler-Layout eine möglichst kleine Änderung der Stromschleifen aufweist. Im Anhang findet ihr jetzt mal ein Layout mit einem LM2676-S von National (lm2676_top.png): U1 -> Schaltregler C2 -> 100 nF Kerko am Eingang des Schaltregler C4 -> Eingangselko (Tantal) C3 -> Ausgangselko (enebfalls Tantal) V1 -> Diode L1 -> Drossel C1 -> Boost-Kerko So, und nun ist im Bild lm2676_current_1.png ist der Strom eingezeichnet, der fliesst, wenn der Schalttransistor im Regler leitet. Er fliesst aus dem Regler heraus, durch die Drossel, in den Ausgangs-Elko und von diesem zurück in den Einganselko. Der Strom macht diesen Umweg unten, weil das GND-Polygon dort geschlitzt ist (eingezeichnet in lm2676_groundplane_cut.png). Wenn der Regler dann ausschaltet, dann fliesst der Strom, so wie in lm2676_current_2.png eingezeichnet. Hier wird aufgrund des Schlitzes im Groundplane der Strom auf den selben "Umweg" gezwungen, den er schon während der Einschaltphase hatte - sprich, die vom Strom aufgespannte Fläche ändert sich so gut wie gar nicht. Also genau gemäss dieser AppNote. Meine Frage jetzt: ist sowas ein gutes Layout? Das mit den Stromschleifen erscheint mir ziemlich plausibel; Aber andererseits ergeben sich so teilweise recht lange Grounds (z.B. vom Ausgangselko-Minus nach GND). Was meint ihr?
über sowas lässt sich wieder vortrefflich streiten... Hast du die Chance einmal mit und einmal ohne Schlitz aufzubauen? Würde mich mal interessieren und sonst: http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/40-Layout-Schaltregler
Hi, die Page von Lothar kenne ich natürlich, da habe ich vorhin auch nachgeschaut. Irgendwie hat er die Grounds da auch aufgetrennt, ... Ich werde mal versuchen, das mit und ohne Schlitz zu bauen. Muss aber erst ein paar LM2676 bestellen...
Ansonsten kenne ich nur die Regel, dass man die Fläche, wo der Strom drin fließt möglichst klein halten soll. Und zwar deswegen, weil der Leiter eine Leiterschleife bildet, dessen Magnetischer Fluss proportional zur aufgespannten Fläche ist.
> Irgendwie hat er die Grounds da auch aufgetrennt, Naja, "aufgetrennt" würde ich nicht sagen. Es ist so, dass beim doppelseitigen Layout der Strom, der im Schaltregler fließt, lokal gehalten wird. Und nicht irgendwo die gesamte GND-Plane versaut. Dass sich bei passendem Layout praktisch "automatisch" kaum Änderungen im Stromfluss ergeben (auch ohne Zwang mit eingeschnittenen Leiterbahnen) siehst du beim unteren Bild: http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/40-Layout-Schaltregler Bei der Appnote wird dem Strom praktisch ein "Umweg" erzwungen, damit die Strompfade gleich lang bleiben. Der Nachteil dabei ist, dass insgesamt die Strompfade, insbesondere der Strompfad (rot) im Bild 10 ungünstig lang ist... Bei deinem Layout mit der zerschnittenen Masse hätte ich große Bedenken zum Feedbackpfad. Die Spannung am Ausgangskondensator C4 wird von der Regelung nicht korrekt erfasst. Da ist der ganze Spannungsabfall über den Umweg mit drin. > Und zwar deswegen, weil der Leiter eine Leiterschleife bildet, dessen > Magnetischer Fluss proportional zur aufgespannten Fläche ist. Und das ist quasi eine Antenne.
> ist sowas ein gutes Layout?
Nein.
Es ist definitiv besser, wenn die GND-Anschluesse der Einagngselkos und
Ausgangselkos räumlich zusammen liegen, was bei Drehen der Spule um 90
Grad auch kein Problem ist.
Das Problem sind eher die Konnektoren.
Ein Schlitz in der Massefläche ist eine Schlitzantelle, sendet also
Störungen aus.
Hmm, ihr scheint ja nicht sonderlich begeistert zu sein von dem Layout. Also ist es Murks, was ADI da erzählt? Hab noch versucht, das Layout weiter zu optimieren. Ergebnis siehe Anhang. Gruss
> Also ist es Murks, was ADI da erzählt?
Nein, aber der Fokus liegt ganz klar auf dem einen Teilproblem
"gleiche Strompfade zum Laden und im Freilauf".
Zu deinem Layout:
C3 ist der Ausgangskondensator. Zeichne doch mal den Freilaufstrom ein.
In der Freilaufphase ist der Eingangskondensator C4 nicht beteiligt.
Wie ist denn die Masse vom IC mit der Masse von C3 und C4 verbunden?
Das Bild lm2676_current_2.png ist irgendwie falsch :-/
Hast du auch einen Schaltplan zu deinem Schaltregler?
Hi Lothar, die Freilaufphase ist im Bild current_2 zu sehen. Dort ist, wie man meinen könnte, der Eingangskondensator NICHT beteiligt; vielmehr fliesst der Strom um den Schlitz in der GND-Plane herum (den Schlitz habe ich mit weiss eingezeichnet), durch die Vias zur Diode und von da wieder zur Drossel. Die Masse vom Schaltregler ist mit der GND-Plane verbunden, und die Ausgangskondensatoren sind da natürlich auch angeschlossen ;-) Insgesamt bedeckt die GND-Fläche einen ganzen Layer vollständig; aber sie ist entlang der weiss eingezeichneten Linie geschlitzt. Klar soweit? ;-)
> Hab noch versucht, das Layout weiter zu optimieren.
Wenn du jetzt noch C3 und C4 drehst, ist der Strompfad noch kürzer.
Die Kontaktierungsstellen musst du nach aussen schieben.
Ich hab mit mal die AppNote angesehen.
Du hast die irgendwie missverstanden.
Die ist doch sehr gut und sehr klar:
Fläche der Stromkreise möglichst klein.
Da steht nichts von trennen von GND-Planes.
Die machen Schlitze in die GND Plane damit der Strom
genau auf der gegenüberliegenden Seite der Platine auf
demselben Weg wie der Strom durch VCC fliessen muss,
damit die vom Strom umschlossene Fläche nur noch die
Dicke der Leiterplatte ist, weil in 2d Ansicht von
oben beiden genau denselben Weg (in unterschiedlicher
Richtung) nehmen.
Daß die zusätzlich noch versuchen, Ladestrom und Entladestrom
auf denselben Weg zu zwingen, ist eher überflüssiger Luxus,
aber natürlich nicht negativ.
> Wenn du jetzt noch C3 und C4 drehst, ist der Strompfad noch kürzer. ACK > Daß die zusätzlich noch versuchen, Ladestrom und Entladestrom > auf denselben Weg zu zwingen, ist eher überflüssiger Luxus, > aber natürlich nicht negativ. Mich würde die Auswirkung aufs Gesamtsystem auch interessieren... Das bereits angesprochene Bild 10 der Appnote ist m.E. recht verwirrend. Dort wird ein recht suboptimales Layout hergenommen, um die Länge der Strompfade zu zeigen.
Ah, jetzt verstehe ich zumindest auch etwas mehr. Ich hatte angenommen, der Schlitz wäre die waagerechte schwarze Linie. Es geht also nicht um die zu dargestellten Masseflächen. Sind das Masseflächen auf einem Innenlayer?
MaWin schrieb: > Daß die zusätzlich noch versuchen, Ladestrom und Entladestrom > auf denselben Weg zu zwingen, ist eher überflüssiger Luxus, > aber natürlich nicht negativ. Als Luxus würde ich das nicht bezeichnen: Wenn der Strom mit >100kHz seinen Weg ändert, ergibt das schöne Störungen. Der Pfad durch die Spule sollte zwar möglichst kurz sein, ist aber nicht so kritisch wie der Teil der nur in einer der beiden Phasen durchflussen wird. Immerhin fließt durch die Spule ein nahezu konstanter Strom, der such aufgrund der Induktivität nur langsam ändert. Der Strom durch den Schalttransistor, bzw. durch die Diode wechselt dagegen mit der Schaltfrequenz zwischen beiden hin und her. Hier gibt es sehr steile Flanken und somit Störungen. Die AppNote zeigt eine Lösung wie man diesen Bereich auf eine kleine Fläche einschränken kann. Ist natürlich übertrieben dargestellt um den Pfad schön zu zeigen.
> Als Luxus würde ich das nicht bezeichnen: Wenn der Strom mit >100kHz > seinen Weg ändert, ergibt das schöne Störungen. Na ja, WENN der Strom seinen Weg ändert, ändert er auch i.A. auf diesem Weg seine Polarität, und beim Polaritätswechsel bringt es auch nichts, wenn die Störung von derselben Stele ausgeht. Dass der gleichmässige Strom durch die Spule den gleichen Weg nimmt, nämlich immer durch die Spule, liegt in der Natur der Sache. Aber wie gsagt: Ist Luxus, aber nicht schlecht.
Hi, also auf einem Innenlayer ist auch eine durchgehende GND-Plane. Diese ist wie gesagt entlang der weissen Linie geschlitzt. Zusätzlich sind aber auf der Oberseite der LP ebenfalls Masseflächen; diese sind mit Vias mit der GND-Plane verbunden.
> diese sind mit Vias mit der GND-Plane verbunden.
Wieso sollte dann der Strom auf die Idee kommen, deiner blauen Linie
nachzufahren? Wenn ich der Strom wäre, liesse ich die
Durchkontaktierungen nicht einfach beiseite...
Wenn alle GND-Planes identisch sind, wird sich der Strom sicherlich auf diese verteilen. Btw: Die Vias sind die 6 Bohrungen am unteren Rand bzw die 7 Bohrungen südwestlich der Diode?
Hallo, also ich glaube es ist noch immer nicht ganz ersichtlich, wie ich das gemeint habe :-) Aber zugegeben - man kann es auf den Bildern schlecht sehen. Aaaalso: Während Phase 1 fliesst der Strom entlang der türkisfarbenen Linie, in den IC rein, aus dem Switch-Node raus - die Diode ist in Sperrichtung, also fliesst der Strom weiter über die Drossel, aus der Drossel heraus und in C3 rein. Wenn er aus C3 raus kommt, befindet er sich auf dieser kleinen, rechteckigen, roten Fläche (auf der Oberseite der LP). Hier fliesst er direkt zum C4 (woanders kann er ja nicht hin, da die Diode sperrt!). Phase 2: Hier dient ja die Drossel als Quelle. Sie treibt den Strom wie gehabt durch C3; kommt der Strom aus C3 raus, befindet er sich wieder auf der rechteckigen Fläche. Durch C4 kann er aber jetzt nicht fliessen, da ja der Transistor im IC jetzt den Pfad unterbrochen hat; stattdessen muss der Strom durch die 6 Vias abfliessen auf die GND-Plane. Da diese geschlitzt ist, muss er bis auf die Höhe von C4 weiterfliessen, und erst dort fliesst er durch die Vias südwestlich der Diode in selbige hinein, und oben bei der Kathode wieder hinaus. So sind, meiner Meinung nach, nun auch die vom Strom aufgespannten Flächen minimal - denn die Bauteile sind recht klobig, und viel näher als so kann man sie eh nicht aneinander pappen.
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