Layoutüberprüfung

[Interior (Gast)]

Hallo liebes Forum!

Frohes Neues!

Ich würde gerne mal wissen was ihr von diesem Layout haltet. (Befindet 
sich mit Schaltplan und 3D Ansicht im Anhang)

Vorab:

Dass ist mein erstes erstelltes Layout, ich muss auch sagen dass ich 
davon nicht allzuviel Ahnung habe. Es war wirklich ein Kampf dieses 
Layout so zu machen.

Ich habe versucht, die Leiterbahnen so kurz wie irgendmöglich zu halten, 
aber irgendwie klappt dass nicht überall. Dann habe ich versucht, die 
Bauteile so anzuordnen, dass ich mit so wenig Drahtbrücken auskomme wie 
es möglich ist. Einige Leiterbahnen geht auch durch Bauteile durch, ich 
weiß nicht ob das schlecht oder gut ist, da sich die ja auf der 
Unterseite der Platine befinden. Block-Kondensatoren hab ich so nah wie 
möglich am IC platziert, denke mal dass das so passt.

Es ist kein SMD, sowas können nur Babyhände löten.

Zur Anwendung:

Es soll sich um einen synchronen Boost Converter handeln bis 150W. 
Verwendet werden soll ein Trafo mit EFD30 Kern(Al=160nH). Ich hätte zwar 
gerne einen ETD44 Kern(Al=194nH) verwendet, aber ich kann kein Modell 
für den Spulenkörper finden, weder bin ich in der Lage sowas selber zu 
machen.
Der Trafo wird zwei Wicklungen haben, die Hauptwicklung wird N1=11 
haben. Sekundärwicklung N2=5. Die zweite Wicklung lässt beide Fets, 
verlustlos einschalten.

U_ein=16...18V
U_aus=24V
I_aus=~5A
F_schalt=~100kHz
Regler IC: UC3842
HB IC: IR2184

Notice: Die 4 Kleinsignaltransistoren werden ZTX857 und ZTX757 sein, die 
gibts leider auch nicht, haben aber quasi das selbe Gehäuse.

Wenn ihr Anmerkungen zum Layout habt, dann sind diese definitiv 
erwünscht, bevor ich das Layout so abschicke.

Ich danke euch!

Gruß

[Alex (Gast)]

Ohne das Layout überprüft zu haben, würde ich dringend vorschlagen, auf 
der Unterseite die Masse als Fläche auszulegen (Polygon).
Einen so starken (und) Aufwärtswandler für das erste Layout zu nehmen 
ist nicht unproblematisch.
Bei schlechtem Layout entstehen gewaltige Überschwinger, die die 
Funktion stören oder sogar die Transistoren zerstören können.
Überlege dir, wo die hohen Ströme mit steilen Schaltflanken fließen 
(C2-T5-T6-C3).
Diese Leitungen müssen dick & kurz sein und Hin- und Rückleitungen dicht 
beieinander liegen. Deine Signalleitungen sollten einen Abstand davon 
haben und eine Massefläche dazwischen haben.

[Interior (Gast)]

Hallo Alex,

Danke für deinen Hint. Ist es ratsam im Leistungskreis auf eine 
gemeinsame Masse Fläche, wie ich es dort gemacht habe, zu verzichten und 
die Rückleitungen separat auszuführen? Bringt das überhaupt was? Sorry 
ist mein erstes Layout.

Was meinst du mit Polygon?

Gruß

[Peter R. (pnu)]

Separate Stromwege bei Leistungsteilen sind wichtig. Sonst vagabundieren 
Streuströme über die ganze Schaltung.

Man sollt also nicht nach Bedarf irgendwo seine Masse aus der 
Massefläche holen, sondern genau überlegen, wie der Leistungssstrom 
fließt und den Masseteil dieser Schleife an einen zentralen Massepunkt 
führen.

Die Massefläche sollte eigentlich nicht als Leiter für Ströme dienen 
sondern nur als geerdete Abschirmung.

[Alex (Gast)]

Bei Schaltwandlern mit 1MHz aber viel kleineren Stömen habe ich es 
bisher immer so gemacht:
- Leitungen mit hohen Strömen und steilen Schaltflanken: Leitungen 
möglichst kurz(!) und dick.
- Siebkondensatoren zu Masse: nur SMD-Keramikkondensatoren (evtl. 
mehrere parallel) mit etlichen Durchkontaktierungen zu Massefläche.
Masseflächen von Ober- zu Unterseite mit vielen Durchkontaktierungen 
(0,3..0,5mm) verbinden ("durchnageln").
Masseflächen auf Ober- UND Unterseite!

Getrennte Massepfade bringen (meiner Meinung nach) nur etwas ohne 
Masseflächen.
Wichtiger ist eher, dass die hohen Schaltströme eine möglichst kleine 
Schleife bilden => Siebkondensatoren direkt anbinden, nicht eine 
Leiterbahn zum Kondensator legen.
Nochmal: Überlege wie und wo die Schalt(!)ströme hin und zurück über die 
Siebkondensatoren fließen. Das muss auf kürzestem Weg und dicht 
beieinander erfolgen. Alle Leitungen wo keine Schaltflanken drauf sind, 
sind unproblematisch.

Mit Polygon meine ich das Polygonwerkzeug in EAGLE. Das legst du auf 
ganze Ober- und Unterseite. Diesen Polygonen weist du dann als Netz GND 
zu.
Befehl Ratsnest nicht vergessen!

[Stefan (Gast)]

Ist es ratsam, als "erstes" Layout gleich ein Schaltnetzteil zu 
entwerfen? Ich denke, das ist eher ein Job für den Meister, nicht für 
den Anfänger.

[Alex (Gast)]

Aber dein eigentliches Problem ist was ganz anderes:
Dein Trafo hat eine viel zu kleine Induktivität!!
und / oder das IR2184 ist viel zu langsam!
Schau mal im Datenblatt auf Seite 3: HO turn-off to LO turn-on 
(DTHO-LO): 5µs!!!!
Und damit willst du 100KHz machen (Periode= 10µs)?
Schon allein die Rise-Time ist 40 ns. Mit deinem MOSFET wirds noch viel 
langsamer.
Kleine Rechnung: Ton= (delta I  * L) / U = (10A * 160nH) / 16V = 100ns.
40ns braucht aber schon der Treiber zum Einschalten...

Aus diesem Grund gibt es MODERNE SMD-ICs mit Frequenzen bis 1MHz.
Schau dir mal zum Vergleich LTC3703 an - den Wirkungsgrad und die 
niedrige Induktivität!

Selbst SSOP kann man von Hand löten, wenn man mit Entlötlitze die 
"Wurst" über den Pins wieder weg saugt.

[Zottel (Gast)]

Die duennen Bahnen sind viel zu duenn. Ich wuerd nicht unter 0.5mm 
(20mil) gehen.
SMD ist nicht so schwierig. Auch mit 50 mach ich noch 0603, TQFP & 
TSSOP. Ich verwende einfach eine staerkere Brille, dann geht das schon.

[Gregor B. (Gast)]

Alex schrieb:
> Aber dein eigentliches Problem ist was ganz anderes:
>
> Dein Trafo hat eine viel zu kleine Induktivität!!

1. Angegeben wurde der Al-Wert des Kerns.
Das ist der sog. Induction Factor, anders gesagt die Induktivität des 
Kerns bei einer Windung.
Die Induktivität eines Trafos berechnet sich aus dem Al-Wert 
multipliziert mit dem Quadrat der Windungszahl.

Alex schrieb:
> das IR2184 ist viel zu langsam!
>
> Schau mal im Datenblatt auf Seite 3: HO turn-off to LO turn-on
>
> (DTHO-LO): 5µs!!!!
>
> Und damit willst du 100KHz machen (Periode= 10µs)?

2. Die Totzeit beim IR2184 ist 500ns fest, beim IR21844 einstellbar von 
400ns (Rdt=0) bis 5µs (Rdt=200kOhm).

Alex schrieb:
> - Siebkondensatoren zu Masse: nur SMD-Keramikkondensatoren (evtl.
>
> mehrere parallel)

Das ist nicht immer eine gute Idee, dazu gibt es eine schöne 
Applikationsschrift von Linear Technologies:
Titel: Ceramic Input Capacitors Can Cause Overvoltage Transients
http://cds.linear.com/docs/Application%20Note/an88f.pdf

Alex schrieb:
> Getrennte Massepfade bringen (meiner Meinung nach) nur etwas ohne
>
> Masseflächen.

Um es jetzt mal wieder zu erklären:
Masseflächen sind dazu da, ein Referenzpotential zu bilden, das 
möglichst an jeder Stelle des Designs gleich ist.
Daher sollen Masseflächen möglichst gar keinen Strom führen (was 
unrealistisch ist), zumindest aber haben alle gepulsten Ströme auf einer 
Massefläche nichts verloren.
Der Grund ist ganz einfach: Gepulste Ströme suchen sich den Weg der 
geringsten Impedanz - und das ist nicht immer der kürzeste Weg. Anders 
gesagt, wenn Du wissen möchtest, welchen Weg der Strom nimmt, musst du 
ihm den Weg vorgeben, heisst getrennte Masseführung.

[eProfi (Gast)]

Welche Spannungen / Ströme?

Sagen wir mal so: das Ding wird schwingen, aber EMV und Wirkungsgrad 
werden Dich nicht überzeugen.


Nimm was modernes und trau Dich an SMD, es wird alles viel leichter 
dadurch.

Wirst Du ohne Kühlkörper auskommen? Befestigung?

Wenn Du Dein Layout beibehalten willst:
Thermals verwenden bei allen Bauteilen, die mit der Massefläche 
verbunden sind.
Die große Massefläche nicht durchschneiden (z.B. IC1/6), sonst wirkt sie 
nicht (so gut). Lieber hier einen langen direkten Draht verlegen.
Unter L1 keine Massefläche
Mit ein bißchen Übung bekommst Du das noch 20-40% kleiner.
Und LowESR-Cs sind Pflicht.


> zumindest aber haben alle gepulsten Ströme auf einer
> Massefläche nichts verloren.
> Der Grund ist ganz einfach: Gepulste Ströme suchen sich den
> Weg der geringsten Impedanz - und das ist nicht immer der
> kürzeste Weg. Anders gesagt, wenn Du wissen möchtest, welchen
> Weg der Strom nimmt, musst du ihm den Weg vorgeben, heisst
> getrennte Masseführung.
Naja, darüber läßt sich diskutieren. Der Weg mit der geringsten Impedanz 
ist oft der dickste = doch Massefläche.


Zu den Bildformaten: PNG eignet sich hier viel besser als JPG

[bfdgbw5b (Gast)]

Interior schrieb:
> Dass ist mein erstes erstelltes Layout, ich muss auch sagen dass ich
>
> davon nicht allzuviel Ahnung habe. Es war wirklich ein Kampf dieses
>
> Layout so zu machen.


Es war auch ein K(r)ampf, den Schaltplan zu lesen.

Hier fehlt ja alles.
-> Ein vollständiges Konzept.
-> Ein sauberer und lesbarer Schaltplan mit den Bezeichnungen aller
Bauteile.
-> Das Layout spiegelt den roten Faden wider, der sich duch die 
bisherige
Entwicklung gezogen hat.

Mein Tipp. Orientiere Dich an einem 1- oder 2-phasigen Boost-Converter.
Hier findest Du bei LT z.B. den LTC3786 (1-phasig) oder LTC3787 
(2-phasig),
der Deine (bisherigen/bekannten) Anforderungen genau abdeckt.

Dann können wir uns noch mal intensiv über den Schaltplan unterhalten,
bevor es an das endgültige Layout geht.

[Gregor B. (Gast)]

Also, ich habe da noch mal reingeschaut, ist nicht ganz einfach, da die 
Qualität der Bilder eher gruselig ist.

Das, was ich bis jetzt gefunden habe:

1. Die Schaltung, so wie sie aufgebaut ist, tut einfach gar nichts. Der 
Massepin des UC3842 hängt in der Luft, da er zwar mit einem Fitzel 
Massefläche verbunden ist, das ist aber eine Insel ohne Kontakt zum 
Rest.

2. Das mit den Strompfaden und der getrennten Masseführung wurde ja 
schon erklärt.

3. Die Feedback-Leitung zum UC3842 ist extrem lang und geht einmal quer 
durch das ganze Design, die muss deutlich kürzer.

4. Überhaupt ist die Beschaltung des UC3842 viel zu verstreut, vor allem 
das Kompensationsnetzwerk. Aufpassen, alles was sich der UC3842 auf 
dieser Leitung fängt bringt den Regler aus dem Tritt.

Insgesamt ist das Layout so, dass ich sage, der funktioniert am ende 
definitiv nicht. Aber mach mal ein paar ordentliche Bilder, dann können 
wir weitersehen...

[Interior (Gast)]

Hallo miteinander,

Bin zurzeit nur am Handy. Später werde ich ausführlich noch mal alle 
Fakten darstellen. Mit einen neuem Layout und etwas abgeänderten 
Schaltplan.

Ich danke euch für die vielen Impressionen.

Zu SMD: ich habe mal "versucht" ein paar DPAK Fets zu löten. Das ging 
fürchterlich schief.

Gruß

[bfdgbw5b (Gast)]

Interior schrieb:
> Zu SMD: ich habe mal "versucht" ein paar DPAK Fets zu löten. Das ging
>
> fürchterlich schief.

Da kann ich nur ehrlich antworten, dass Du Dir damit so viele 
Möglichkeiten
verbaust, dass Du mit Deinem jetzigen Lösungsvorschlag einen enormen
Aufwand treiben musst, um so ein einfaches und kleines Schaltnetzteil
zu realisieren.

Umständlicher geht es kaum.

Es ist

-> extrem groß
-> hat exotische Bauteile
-> wird sehr teuer
-> unperformant
-> schaltplan- und layouttrechnisch sinnfrei
-> sowas von umständlich.

Sorry, geht nicht. Knapp an Troll-Tread vorbei.
Hoffentlich ist das hier kein Scherz.

[Interior (Gast)]

Hallo zusammen,

sorry dass ich erst so spät schreibe, aber ich habe den Schaltplan sowie 
das Layout komplett nochmal neu designed. Einige Probleme krieg ich zwar 
noch nicht richtig in den Griff, aber ich denke es ist besser als erste 
Layout, oder was denkt ihr?

Ich hoffe man kann nun alles relativ gut lesen. Ich verwende das 
Programm Target 3001 in der Distr. Version. Ich finde dort leider keine 
Bild-Export Funktion.

Nun ein paar mehr Details zu meinem Vorhaben wie gewünscht.

Erstmal kurz ein paar Fakten vorab:

- Es soll als Vorregler für einen Royer Converter dienen.
- Testversuch bevor die eigentliche Regelung für den Royer reinkommt.
- Synchroner ZVS Booster
- Eingangsspannung wird aus einem Trafo kommen(12VAC) es werden dann so 
ca. 17V sein. (Es ist ein 300VA Ringkerner)
- Ausgangsspannung soll im Mittel auf 24V DC kommen
- Leistung nominal: 120W (24V@5A) - Maximal: 150W.
- Soll im CCM arbeiten, geforced durch Synchronizität.
- Entspricht etwa einem Eingangsstrom von 7-8A.
- Das Delta I der Trafo Hauptwicklung entspricht etwa 600mA PP.
- Schaltfrequenz round about 100kHz.
- Trafo Kern doch bestehend aus einem ETD44 Kern mit AL=194nH(ich habe 
davon manuell ein Footprint erstellt, sowas findet man ja nicht im 
Internet)

Ich möchte ganz gerne einen geregelten Royer-Converter entwickeln, der 
über einen vorgeschalteten Boost Converter geregelt wird. Ich kann mir 
vorstellen, dass dies für manche unverständlich sein mag und jegliche 
Versuche mich davon abzubringen und mich mit einem simplen Buck-Royer 
abzuwürgen, werde ich gekonnt ignorieren. Der Royer soll am Ende Nominal 
100W rausspucken für CCFL Kram. Das wird aber eine andere Geschichte 
sein.

Zurzeit bin ich wie gesagt an einem möglichst effizienten Boost 
Converter dran, möglichst effizient heißt nicht 100% sondern, 
optimalerweise im 80% Bereich und im höheren Lastbereichen die 90er 
Marke ankratzen. Ich verlange also nichts unmögliches. Die Synchrone 
Variante des Boost-Converter bringt schon einiges an Verbessserung.

Allerdings möchte ich auch das ganze Ding, wenn auch nicht Wide-Range, 
zumindestens im höheren Last Bereich weich schaltet, deshalb ZVS. Dann 
brauche ich auch nicht ein monströsen Kühlkörper montieren. Meine 
Sekundärwicklung inklusive der zusätzlichen Diode ermöglichen dies. 
Allerdings gibt es dort Faktoren die beachtet werden müssen. Zum einem 
muss damit mein Synchrontransistor weich schaltet ständig ein Strom 
durch diesen fließen und nicht zu Null werden. Um meinen Haupttransistor 
weich schalten zu lassen, bedarf es einer sehr kleinen Streuinduktivität 
meiner zweiteren Wicklung. Beachten ist hierbei auch der Strom der durch 
die zusätzliche fließt, deshalb ist da eine Dicke Diode drinne. Da mein 
Trafoverhältnis zu ca. 2:1 gewählt ist (N1=21,N2=12), fließen dort 
erstmal hohe Ströme. Bis das ganze eingeschwungen ist, übernimmt der 
Synchrone Transistor einen großteil des Strombedarfs. Dass erstmal dazu.

CCM ist durch Synchronizität und hohe Induktivität meiner Primärwicklung 
in weiten Teilen meines Lastbereich geforced. CCM ist für oben genannten 
weiches Schalten von Vorteil, weil es eine reduzierende Wirkung hat. 
Allerdings sobald der Primärstrom negativ wird, steigen die Verluste. 
(Also z.B. im Leerlauf, je mehr Leistung abverlangt wird, desto geringer 
werden die Schaltverluste)

Ausgangsseitig ist ein FoKo 15uF zur Glättung gedacht, zusätzlich ist 
noch ein Filter mit 10uH & 100uF angeschlossen.

Getrieben soll das ganze über den IR2184, der bei mir in anderen 
Projekten immer gut funktioniert hat. Geregelt wird über den UC3842. In 
CurrentMode. Dabei habe ich eine Highsidestrommessung realisiert welche 
mittels Stromspiegel auf einen Spannungswert umgewandelt wird. Die 
Stromspiegel dienen zur Referenzierung auf Masse und verstärken ca. 
10fach. Damit ich den Shunt kleiner machen kann ergo weniger 
Verlustleistung an dem Shunt.

Dabei fällt mir noch ein, ich habe irgendwo gehört dass man im CCM Modus 
wohl eine Slope Comp. braucht? Kann dass sein? Wenn ja, müsste ich eine 
Rampe auf meinen Strom-Sense Pfad einspeisen, die in etwa die Hälfte des 
Delta I der Hauptwicklung entspricht?

Naja wie auch immer, das ganze habe ich sehr oft simuliert auch ein paar 
praktische Versuche gemacht, ich denke das wird so funktionieren.

Nun ist die Frage, ob das Layout so passt, ich habe diesmal ein 
Augenmerk darauf gelegt, dass Steuerkreis und Leistungskreis getrennt 
sind, und eine Massefläche dazwischen ist, sowie die Massefläche nicht 
als Stromführenden Pfad missbraucht. Dazu habe ich die Leiterbahnen noch 
etwas dicker gemacht, was aber zwecks Skin-Effekt kaum einen Effekt 
haben wird. Nun denn, was haltet ihr von dem Layout?

@bfdgbw5b

Wieso meinst du dass das ein Troll Thread wäre? Sehe ich aus wie ein 
Troll? Nicht drauf antworten :)

1-> Ich hab ein sehr großes Gehäuse -> Nicht kommerziell, Hobby
2-> Das sehe ich anders
3-> Hast du recht, aber manche kaufen auch Ferraris
4-> unperformat=? Format ist Latte, Gehäuse ist groß.
5-> Layout geb ich dir recht, aber ganz ehrlich du kannst nicht 
erwarten, dass ich direkt das beste Layout auf der Welt raushaue. Ich 
bin kein studierter, mir hat man sowas nicht beigebracht. Das ist alles 
Eigeniniative, was vielen fehlt. Schaltplan technisch, gibt es wohl noch 
ein paar Sachen zu verbessern. Aber grob sollte das funktionieren. Alles 
andere war sehr viel Arbeit, und sehr viel Rumrechnerei, und es ist 
keinesfalls sinnfrei!
6-> Geb ich dir recht, sehr umständlich, aber wenn ich was leichtes 
haben will kauf ich mir was, hab ich aber nix von, lernt man nix von. 
Ich respektiere Leute die versuchen was auf die Beine stellen, und davon 
nehme ich mir ein Beispiel.

Nimm das nicht persönlich. Aber wenn hier im Forum das Wort Troll fällt, 
geht meistens immer die Lutz ab ;)

Einen schönen Abend noch!

Ich danke euch für die Aufmerksamkeit.

Hint: Trafo Footprint enstpricht ETD44 liegender Spulenkörper.

Gruß

[Manni (Gast)]

Das wird nicht klappen!

Das erkennt man an den laienhaften Design.

Fang mal an - wie vorgeschlagen - eine LED zu Blinken zu bewegen!


Manni

[Manni (Gast)]

Nachtrag...

..bau es auf. Und lerne selbst!

(ist der beste Weg!)

Manni