Hallo nochmal, nachdem der Schaltplan soweit fertig ist, kommen nun die Fragen zum Layout :p Projekt: Buck-Boost-Wandler, V_in = 12-14Vdc, 1.2Vdc <= V_out <= 50Vdc, I_out_max = 10A, P = 2 bis 3 parallele Stufen à 80-120W (mal schaun, was ich pro Stufe an Ausgangs- und "Radio-"Leistung hinbekomme). Verwendeter Controller: LT3790 (http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/3790fa.pdf) Schaltungen, an denen ich mich orientiert habe: - 360W 24V 15A Parallel Voltage Regulator (DB Seite 25) - Eval-Bord zum Controller (http://cds.linear.com/docs/en/demo-board-manual/DC2123AF.PDF) Grobe Themen-Übersicht, bei denen ich mir Beratung erhoffe: - Schaltfrequenz => KerKo/ElKo oder beides --------------------------------------------------------- Rest in einem andren/künftigen Thread: - PBC-Lagen: 2lagig(2x2 Oz) oder 4lagig(1x0.5x0.5x1 Oz), bzw: Masse-Layer, wo muss der überall hin - 2seitige Bestückung: kleinere Stromschleifen, kürzere dV/dT-Pfade auf Kosten einer weniger planen Rückseite für Kühlung. - Vias (Kühlung/Stromleitung - gibts überhaupt noch Press-Hülsen) - Gate-Widerstände ja / nein - Partitionierung von DGND und AGND - versemmelt der Ripple des Wandlers nicht sowieso alles und man muss auf die Störungen der digitalen Leitung garnicht mehr achten?! - andre Fragen, die noch aufkommen oder gerade in keine Schublade passen Schaltfrequenz & Kondensatoren: Der gewählte Controller ist von 200kHz bis 700kHz einstellbar. Auf Beitrag "Schaltregler - Layout" hab ich folgendes aufgeschnappt: >300kHz ist sowieso nicht Fisch, nicht Fleisch. Entweder drastisch >reduzieren (z.B: auf 50kHz), dann dürfte das auch in THT wieder >sinnvoll machbar sein oder erhöhen, z.B. auf >500kHz, dann kann man >auch auf Elkos verzichten und mit Kerkos auskommen. >300kHz ist so ungefähr die Schmerzgrenze für Low-ESR-Elkos. Da ich V_out bis 50Vdc umsetzen möchte, kommen mir KerKos vor allem ausgangsseitig unbrauchbar vor (bleibt nicht mehr viel an C über). Gegenfrage zur aufgeschnappten Aussage: 50SVPF68M (Panasonic OS-CON): ESR: 20mOhm, I_Ripple = 4.3A https://industrial.panasonic.com/cdbs/www-data/pdf/AAB8000/AAB8000C177.pdf Ich kann einen maximalen RippleCurrent auslesen und einen Faktor auf den RippleCurrent der abhängig vom Frequenzbereich ist und bei 500kHz (als maximal genannte Frequenz den höchsten Wert von 1 annimmt). Auch Graphen, in welchen Kondensatortypen gegenübergestellt werden, haben die OS-CON Typen bis 1MHz eingezeichnet. - Wie finde ich heraus, bis zu welcher Frequenz die SVPF-Reihe genutzt werden kann? - Welcher KerKo kann bei 50Vdc ähnliches (laut Aussage eines Panasonic-Mitarbeiters darf man die OS-CONs auch bis zur Rated Voltage betreiben)? - gibt es Effekte, die ich vernachlässige/nicht beachte? - Wieso mischt die Referenzschaltung im DB und das Eval-Board ElKos und KerKos (muss irgendwas geben, was der KerKo auch bei 200kHz besser macht)? - phasenverschobenes Parallelschalten vervielfacht theoretisch die Frequenz am Ausgangskondensator. Ich wollte die einzelnen Stufen auf eigene Boards machen (10x10cm² max) - heisst: um den Ausgangskondensator einer Nachbarstufe mitzunutzen, muss der Strom über 6-12cm Kupferleitung, was aber natürlich nicht allzu hochohmig sein werden wird. In der Beispielschaltung des DB wird der ElKo "SUNCON 35HVT220M" zB. mit 3x200kHz gebummst. Darf ich das auch mißachten? (wobei ich C_out gern mit 2-4x 500kHz rannehmen würde) Danke schonmal Robert
Da hast Du Dir ja ganz schön was vorgenommen. Die Probleme sehe ich in den kleinen Spannungen und großen Strömen, und damit werden stromführende loops besonders kritisch. Von daher gehe ich mal davon aus, dass Du mehrere PCB-Layout-Durchläufe brauchst, bis das Ganze stabil läuft. In diesem konkreten Fall macht ein 4-fach-Layer durchaus Sinn, schau Dir mal die LT-Eval-boards an. Über die optimalen caps würde ich mir noch nicht allzu viele Gedanken machen, im Zweifelsfalle polymer-Elkos am Ausgang, Standard-LoESR-Elkos am Eingang.
Robert T. schrieb: > (muss irgendwas geben, was der KerKo auch bei 200kHz besser > macht)? Schon. KerKos oder FoKos werden meines Wissens wegen ihres sehr niedrigen Innenwiderstands parallelgeschalten. Es ist ja nicht so, daß ELKOs grundsätzlich besser wären bei niedrigerer requenz (relativ zu anderen Arten), sondern andere Arten von Kondensatoren verbräuchten zuviel Platz. Ein Zwischenkreiselko wird, wenn zw. ihm und der Brücke noch ein FoKo ist, weniger Ripple, kleinere Strom- und Spannungsanstiegsgeschwindigkeiten aushalten müssen. Datenblatt kann ich leider nicht laden (Netzverbindung), deshalb so allgemein. Mark S. schrieb: > Da hast Du Dir ja ganz schön was vorgenommen. I agree, my friend. Das wird wohl kein Zuckerschlecken.
Die Familie blockiert gerade ein wenig ... >Die Probleme sehe ich in den kleinen Spannungen und großen Strömen meinst die 10A, die man von 1.2V - ca. 10V rausquetschen mag? Oder ist gerade im niedrigen Spannungsbereich (1.2V) der Hund begraben? >Von daher gehe ich >mal davon aus, dass Du mehrere PCB-Layout-Durchläufe brauchst, bis das >Ganze stabil läuft. Fänd ich nicht ganz doll schlimm, sofern mir nicht alles um die Ohren fliegt und ich beim Messen nicht rausfinde warum. >im Zweifelsfalle polymer-Elkos am Ausgang, Standard-LoESR-Elkos >am Eingang Also eher nicht koppeln mit Klein-Scheiß? Wenn man die Stromschleifen minimalisieren mag, bietet sich vllt eine beidseitige Bestückung der Ausgangskondensatoren (ob das nun ne Mischung aus KerKos&OS-CONs ist oder nicht) an. >Schon. KerKos oder FoKos werden meines Wissens wegen ihres sehr >niedrigen Innenwiderstands parallelgeschalten. hatte bei DB-Scans das Gefühl, dass sich das nicht viel schenkt. Aber grob les ich aus, dass man die OS-CONs bei dem Ausgangsspannungsbereich braucht, um die Kapazität bei der Spannung zusammenzubekommen, das wird mir dann vllt. auch mein maximale Frequenz beschneiden, wenn man mal rausfindet, wo die maximale Frequenz der OS-CONs liegt. ABER ne Parallelschaltung mit nem platzsparenden KerKo, der vllt keine große Kapazität hat, aber einen ähnlich kleinen oder kleineren ESR, entlastet den OS-CON und hemmt Spannungs-Spitzen (durch geringeren Gesamtwiderstand). Alla - danke schonmal Ich mach mal ein Layout Anfang der Woche postfertig und dann kann man's gern zerpflücken ;) Lieben Gruß Robert
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Robert T. schrieb: > Spannungsbereich (1.2V) der Hund begraben? Da stecken viele verschiedene Tiere an mehreren Stellen gruppiert unterschiedlich tief im Morast, um Deiner Redensart m. e. Metapher halbwegs zu folgen. Mark S. schrieb: > Die Probleme sehe ich in den kleinen Spannungen ist die eine Gruppe, und Mark S. schrieb: > und großen Strömen, und > damit werden stromführende loops besonders kritisch eine andere. Wurde halt von Mark nicht so ausdifferenziert, weil man es auch als allgemeine Warnung formulieren kann: "Niedrige U bei angenommen gleicher Leistung führt zu hohen Strömen, welche zu Problemen führen, die man sonst in der Leistungsklasse nicht hätte." Robert T. schrieb: > Also eher nicht koppeln mit Klein-Scheiß? Hat er so nicht gesagt. Allgemein schaden den ELKOs parallele kleinere Kondis mit niedrigen ESR-/ESL-Werten eher nicht... ganz im Gegenteil, wie gesagt. Nur werden sie zumeist im Zuge kompakter Aufbauten nur bei Bedarf eingesetzt (Low-ESR gerade nicht, oder nur in falscher Bauform verfügbar etc.). Robert T. schrieb: > hatte bei DB-Scans das Gefühl, dass sich das nicht viel schenkt Was genau meintest Du? FoKos zu KerKos? Denn davon sprach ich gar nicht. Oder Fmax x U bzw. halt ESR o. ESL Unterschiede von allg. ELKOs zu KerKos und FoKos? Die elektrische Entlastung des ELKOs besteht nämlich sicher, wenn man ihm "was kleines nebenbei" spendiert. MfG
>Die elektrische Entlastung des ELKOs besteht nämlich sicher, wenn man >ihm "was kleines nebenbei" spendiert. Bei kleinerem geht es um ESR/ESL oder auch um geringeres C in Bezug auf Tiefpass-Eigenschaften? >Was genau meintest Du? FoKos zu KerKos? Ich hab bisher nur eindimensional den ESR betrachtet und hatte das Modell, viele Elkos parallel zu schalten, was idR. die Stromschleife vergrößert. Verglichen hab ich nur OS-CON zu KerKo bzgl. ESR und Platzbedarf bei gleicher Kapazität. Wenn man nun 1-2 "kleine" KerKos parallel schaltete, dann macht das platztechnisch (je nach Footprint) nicht viel aus und würde, wenn ichs richtig verstanden hab, nicht die Kapazität nennenswert erhöhen, sondern durch geringeren ESL/ESR ein Teil der Spitzenlasten abfangen. Um den Ripple in Grenzen zu halten dient nach wie vor rechnerisch "allein" der Elko? http://www.vishay.com/docs/45199/vjcommercialseries.pdf: Ein X7R bei 1812er Bauform liefert zB 1uF/50Vdc. 1812 ist nicht so ganz klein, aber 2 Stück zwischen Brücke und Elko wäre platztechnisch vorstellbar. An Kapazität bleiben von den 1uF wahrscheinlich 300nF. Die kleinen Spannungen unter 5V sind "nur" Wunsch - heisst, wenn das nicht klappt ist nicht so tragisch. Von 10A runter zu müssen auf 5A tut zB schon mehr weh. Wieso sind die kleinen Spannungen problematisch? Ripple-Masse fällt mir regelungstechnisch ein - gibts noch andres verstecktes? Hab zu Beginn der Woche ein wenig Zeit und poste mal ein Schaltplan/Layout. Das genannte Eval-Board ist grob das einzige was ich in der Leistungsklasse gefunden hab mit der gewünschten Topologie. Schaltplan ist im oben gelinkten PDF. Bzgl. Layout hab ich nur die beiden Bilder - nehm an 4 Lagen, aber unabhängig davon relativ flächengreifend (man könnt ordentlich was einsparen an Schleifenfläche).
Robert T. schrieb: > Um den > Ripple in Grenzen zu halten dient nach wie vor rechnerisch "allein" der > Elko? Kommt drauf an. Man kann, ich wiederhole, den Elko/die Elkos mehr oder weniger stark entlasten, je nachdem, was man da genau zusammen verwendet und wofür. Und zwar GERADE DEN RIPPLE "frißt" der niederinduktive Kondensator "am liebsten". (Was sonst? Der geht halt dort rein, wo ihm wenig Widerstand/L entgegenwirkt.) Aber: Warum sollte das nur bei Lastspitzen wirken??? Oder WHAT? Theoretisch (in Deinem Fall eher nicht) könnte man sich einen Spannungs-Zwischenkreis-Umrichter niedrig-/mittlerer Leistung mit HoldUp-Bedarf denken, und wir nehmen weiter an, daß das Layout (das ist möglich) eher übel ist. (Evtl. auch noch der Elko recht hohe ESR-/ESL-Werte hat. Die zu langen Leiterbahnen, evtl. auch Schienen, liegen zu diesen Werten dann ja auch noch in Reihe.) Die entstehenden Probleme (die Du wahrsch. kennst) lassen sich stark entschärfen, schließt man (nahezu) DIREKT zwischen Highside-Drain und Lowside-Source einen zusätzlichen Kondensator mit wenig ESR/ESL. Sorry - momentan keine Downloads möglich, deshalb keine konkreten Aussagen über "Deine" Teile.
Mein Beispiel ist, wie gesagt, auf Deinen Fall kaum anwendbar. 400VDC und so... aber das funktionier auch bei 20VDC - nur wird Dein Layout wohl kaum so wie mein "imaginäres" von gerade, hoffe ich... und heutzutage ist Qualität und Auswahl grade im SMD-Bereich beides vorhanden. Sorry wg. Doppelpost, Verbindung spinnt ohne Ende.
>Sorry wg. Doppelpost, Verbindung spinnt ohne Ende.
A-wa, hab nen Hut, dass man trotz ärgerlicher Verbindung versucht zu
helfen.
Hier verzögert's sich gerade ... Layout mit hervorgehoenen Strompfaden
wäre mein nächster Post - wenn ich die Frau recht verstanden habe, darf
ich heute ein wenig dem Hobby fröhnen ....
Lieben Gruß
Robert
Robert T. schrieb: > A-wa, hab nen Hut, dass man trotz ärgerlicher Verbindung versucht zu > helfen. Gern. Trotz "(-1)". Nix Bilder? Hat wohl stattdessem sie Dir gefröhnt...
Tadaaa .... hat bissl gedauert, aber hab den Folgethread grad abgeschickt: Beitrag "Schaltregler Layout - Stromschleifen - GND-Layer" Geht dann dort eher um das Layout. @Kondensatoren: LOW-ESL und auch lower ESR pro Fläche bei KerKos hab ich verstanden und umgesetzt, aber wie weit ich meine OS-CONs in den MHz-Bereich treiben darf, ist mir noch unklar. @Alfred: War ich das mit der "-1"? Ausversehen dann. Manchmal muss man Sachen ja 2x lesen, bis das Hirn den Inhalt verinnerlicht. Lieben Gruß Robert
Robert T. schrieb: > War ich das mit der "-1"? Glaub ich nicht. Ich vermute mal, Du hast vorhin ein "+1" gemacht - wäre das -1 von Dir gewesen, stünde da jetzt auch +1 (funktioniert als Korrektur). Man kann ja nicht 2x bewerten. Nur bei zwei unterschiedlichen Usern kann addiert werden - soviel ich weiß. Aber...egal. Robert T. schrieb: > Manchmal muss man > Sachen ja 2x lesen, bis das Hirn den Inhalt verinnerlicht. Würden auch mehrere so denken, könnte man das leider auch von "Frust und Laune" beeinflußte Bewertungssystem ja doch ernst nehmen... so aber nicht. Für anspruchsvolle Layouts tauge ich (noch) nicht... Cheerio, Robert! ;-)