Schaltregler Layout und Komponentenwahl

S.R. Gast 24.03.2017 17:15 #4950151

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Hallo Forum,

ich hätte einmal eine Frage bezüglich eines Schaltreglers, den ich zu 
Zeit plane.

Eckdaten sind:
- ca. 12V in
- stabile 5V/2A out
- Effizienz mehr oder weniger egal (es wird sowieso noch viel Strom auf 
der 12V-Leitung gezogen)

Als Schaltregler habe ich den den LM2576 
(http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm2576.pdf) ausgewält, da dieser eine 
fest eingestellte Spannung hat und auch keinen Bootstrap-C o.Ä. braucht. 
An sich ideal.
Die Schaltung entspricht der Schaltung auf der ersten Seite des 
Datenblatts.
Als Spule dazu habe ich gewählt: WE-7445720: 100µH 
(http://de.rs-online.com/web/p/drahtgewickelte-smd-induktivitaten/3963493/)
Die Diode wird wohl eine 1N5822 im SMC-Gehäuse.
Die Kondensatoren sind noch nicht ausgewählt, aber das dürfte ja nicht 
so kritisch sein.

Zum Layout:
Der Entwurf ist als Bild Anhang.
Die GND-Fläche wird noch mit Vias auf die "echte" GND-Fläche in einer 
inneren Lage gebracht, dadurch sollte auch eine Erwärmung des Reglers 
kein Problem darstellen.
Die 12V kommen direkt von einem Akku und werden dann oben angeschlossen.
Die 5V gehen von der Spule dann direkt mit Vias auf die VCC-Fläche in 
einer anderen inneren Lage.
Der Bereich unter der Spule bleibt frei von Leiterbahnen oder 
Kupferflächen.

Die erste Frage ist also: Sind die Komponenten in Ordnung?
Die zweite Frage: ist das Layout in Ordnung?

Mit freundlichen Grüßen,
S.R.

Angehängte Dateien:

Screenshot_2017-03-24_17.05.40.png (45 KB)

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Lothar M. (lkmiller) Moderator (Firma: Titel) 24.03.2017 17:25 #4950161

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S.R. schrieb:
> Die zweite Frage: ist das Layout in Ordnung?
Das passt soweit, aber lass die Thermals um den Schaltregler weg. Du 
willst ja die Wärme abführen, die Thermals sollen das verhindern...

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Pandur S. (jetztnicht) 24.03.2017 17:33 #4950179

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Ohne die Frequenz zu kennen .. Mir scheinen die 100uH etwas auf der 
unteren Seite. Duerfte hoeher sein. Oder wie hoch darf der Rippel sein ?
Der Duty cycle waere 5/12 = 45% , Die Peakstroeme sind daher etwas mehr 
als das dopplelte. Der Eingangskondenser und die Spule muessen das 
bringen. Der kleine 100u Elko wird nicht genuegen.

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S.R. Gast 24.03.2017 18:01 #4950218

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Hallo,

Lothar M. schrieb:
> S.R. schrieb:
>> Die zweite Frage: ist das Layout in Ordnung?
> Das passt soweit, aber lass die Thermals um den Schaltregler weg. Du
> willst ja die Wärme abführen, die Thermals sollen das verhindern...

Ja, da hab ich nur halb mitgedacht. Ich wollte den Regler so einfach wie 
möglich zum anlöten haben, deswegen sollte dabei wenig anderes Kupfer 
erwärmt werden.
Das das so keinen Sinn macht ist mir klar. Wird geändert.
Sollten da zusätzlich noch Thermal-Vias direkt unter den Regler, oder 
reichen welche am Rand der Fläche? Es geht um das dabei möglicherweise 
abfließende Lot.

Hallo,
Sapperlot W. schrieb:
> Ohne die Frequenz zu kennen .. Mir scheinen die 100uH etwas auf der
> unteren Seite. Duerfte hoeher sein. Oder wie hoch darf der Rippel sein ?
> Der Duty cycle waere 5/12 = 45% , Die Peakstroeme sind daher etwas mehr
> als das dopplelte. Der Eingangskondenser und die Spule muessen das
> bringen. Der kleine 100u Elko wird nicht genuegen.

Die Frequenz ist laut Datenblatt "nur" 52kHz. Die beiden Werte für den 
Eingangs-Kondensator und die Spule sind bei der Beispielschaltung auf 
der 1. Seite des Datenblatts zu finden.
Aber du hast auch wieder recht, weiter unten im Datenblatt steht was von 
"To maintain stability, the regulator input pin must be bypassed with at 
least a 100-μF electrolytic capacitor". Also was für ein Wert wäre für 
einen sicheren Betrieb nötig? 470µF?
Und zur Spule: Laut Fig. 28 (Seite 20) befinde ich mich bei meiner 
Anwendung exakt im 100µH-Bereich, sollte also passen.

Danke aber auf jeden Fall schon mal für eure schnellen Antworten!
S.R.

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Klaus Gast 24.03.2017 18:49 #4950295

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Meinst du so einen

http://www.ebay.de/sch/i.html?_from=R40&_trksid=p2050601.m570.l1313.TR1.TRC0.A0.H0.Xschaltregler.TRS0&_nkw=schaltregler&_sacat=0

MfG Klaus

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Lothar M. (lkmiller) Moderator (Firma: Titel) 25.03.2017 02:31 #4950682

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S.R. schrieb:
> Sollten da zusätzlich noch Thermal-Vias direkt unter den Regler, oder
> reichen welche am Rand der Fläche? Es geht um das dabei möglicherweise
> abfließende Lot.
Mach ein paar dünne Via unter das Pad. Da passt nicht so viel Lot rein. 
Und schlimmstenfalls musst du einfach die Soldermask oben ein wenig 
vergrößern um Zinnreserve zu bekommen.

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Boris O. (bohnsorg) 25.03.2017 10:08 #4950838

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Lothar M. schrieb:
> Mach ein paar dünne Via unter das Pad.

0.3mm reichen da dicke, um ausreichend Oberflächenspannung zu erzeugen, 
das Lot am durchlaufen zu hindern. Platinenhersteller auf alle Fälle 
fragen, wie das behandelt wird (Stichwort Lötstoppmaske von Lothar 
Miller). Bei Eurocircuits gibts Erkennung für soetwas. Die als SMD-Pad 
definierte Fläche mit Vias von bestimmtem Durchmesser wird dann 
selbstverständlich ausgespart.

Mir fehlen noch die Anschlüsse für die Einspeisung bzw. Entnahme 
(Metallstifte/ Drähte leiten auch Wärme) und die Massefläche an der 
Unterseite wird m.E. weggeätzt, weil sie nicht vorhanden ist (oder wird 
nur einseitig belegte Leiterkarte verwendet?)

Es spricht auch wenig dagegen, die Massefläche auf die ganze Platine 
auszudehnen, mehr Masse bedeutet bessere Wärmeableitung.

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herbert Gast 25.03.2017 17:19 #4951226

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Bist du sicher , dass das fertige Teil EMV Kriterien erfüllt?

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S.R. Gast 25.03.2017 17:29 #4951242

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@Klaus
Danke, aber erstes brauche ich den Regler direkt auf dem PCB und 
zweitens true ich den fertig-Teilen (vor allem wenn sie direkt aus China 
kommen) nicht über den Weg. herbert hat einen Grund dafür genannt.

Das mit den Vias werde ich dann so umsetzten wir ihr es mir geraten 
habt.

Danke an alle!

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Stephan C. (stephan_c) 25.03.2017 19:20 #4951351

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Also beim DD PAK Gehäuse ist es nicht unbedingt nötig Thermal-VIAs 
direkt in das GND-Pad zu setzen. Wenn das Pad großflächig mit Masse 
verbunden ist, dann reicht es auch vollkommen aus, wenn die VIAs 
außerhalb des Pads platziert werden.

Bei Bauteilen mit QFN-Gehäuse geht es leider nicht anders und da mache 
ich es immer so, dass ich das gleiche Pad auch auf die Board-Rückseite 
packe und vom Lötstopplack befreie. Das verbessert einmal die 
Wärmeabfuhr und wenn doch mal Lötzinn durch die VIAs läuft, dann 
verteilt sich das auf das rückseitige Pad.

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Schaltregler Layout und Komponentenwahl

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