Ich bin dabei meinen ersten Schaltregler zu layouten. Es handelt sich um
den LM2596. Aus einer Eingangsspannung von 24V will ich 3,3V generieren.
Im Datenblatt ist leider nur ein Beispiel für die THT Technik gegeben.
Wie recherchiert ist das Layouten eines Schaltregler scheinbar nicht
komplett trivial.
Ich habe versucht zu beachten, dass die Diode (D16) und die Spule (L2)
möglichst nah an den Regler müssen. Ebenso der Eingangselko C63 und der
Kermaik C65.
Ich arbeite mit einem 24V Polygon, einem Polygon für den Outpin des
Schaltregler (OUT) und einem 3,3V Polygon. Letztendlich plane ich über
die gesamte Fläche noch eine GND Plane zu legen. Hierbei verwundert es
mich dass nach den PCB Rulez von BEttalayout nur 5mil Abstand zwischen
den Planes sein müßen. Das sieht arg wenig aus. Ich hatte mal was von
mindestens 20mil gelesen. Was sollte hier der Mindestwert sein?
Macht es überhaupt Sinn über die ganze Fläche eine GND Plane zu legen
oder sollte ich nur vereinzelt GND Planes verwenden (z.B. einmal für C64
C66 D14 und einmal für C65 und C63).
Weiterhin habe ich die Rückführung der Feedbackleitung einfach über ein
3V3 Via realisiert. Da bin ich mir unsicher ob ich dies so machen darf?
Oder muss ich eine extra Feedbackleitung von der 3V3-Plane zu dem 3V3
Pin legen? Wäre diese dann in meinem Beispiel nicht zu lang? Wo
platziere ich am besten die Vias mit denen ich die Ausgangsspannung
abgreife? Auf der gesamten 3V3 Plane oder nur in Ausgangstantal C64
Nähe? Wieviel Vias sind ca. für den Abgriff nötig?
Habe ich noch grundsätzliche Fehler in meinem Layout?
Verlange natürlich keine Antworten auf all meine Fragen, nur ein paar
grundsätzliche Anmerkungen über grobe Fehler wären nett. Vielen Dank.
MFG
Stef schrieb:> Ich habe versucht zu beachten, dass die Diode (D16) und die Spule (L2)> möglichst nah an den Regler müssen. Ebenso der Eingangselko C63 und der> Kermaik C65.
Diese Denkweise ist falsch. Oder eher ein vereinfachtes Rezept des
eigentlichen Problems: Stromschleifen kompakt halten. Nur darum geht es
vorrangig. Und nachrangig dann noch um die Einkopplung der Versorgung,
die Auskopplung der Spannung und den Feedback.
BTW: poste nicht nur einen Layoutausschnitt (da fehlt irgendwie der
eigentliche Regler/Schalter), sondern auch den zugehörigen Schaltplan.
Nur dann kann man sinnvolle Aussagen machen.
OK danke schon mal.
Im Anhang nun der Schaltregler ohne Die umfassende GND-Plane (die
Groundverbindungen müssen also noch gezogen werden) sowie der Schalplan.
Hoffentlich ist das Layout nun besser nachzuvollziehen.
Hallo,
als erster Vorschlag, ich würde die Induktivität um 180° nach oben
klappen und R51, D14, D15 und C64 dann oberhalb der Induktivität (quasi
rechts neben bzw. über dem LM2596) platzieren, damit könntest du
schonmal die Anbindung an GND vom LM2596 und damit den Strompfad
erheblich verkürzen. Ebenso würde ich C63 und C65 dann auch um 90° bzw.
180° drehen, so dass deren GND-Anschluss auf dem Bilöd nach ben zeigt
und damit der Pfad zum GND des Reglers ebenfalls verkürzt wird.
Hab gerade leider keine Zeit eine Skizze anzufertigen, ich hoffe es ist
halbwegs klar, was ich meine.
Viele Grüße
Daniel
Stef schrieb:> der Schalplan.
Wozu die D14? Die kann ggf. ein Unheil sowieso nicht aufhalten.
> Die umfassende GND-Plane
Wofür brauchst du sowas?
Sieht so doch schon gsnz gut aus, nur die D16 würde ich um 180° drehen,
dass die beiden Anoden schön dicht bei der Masseverbingung zwischen C63
und C64 sind...
Und vergiss dieses "Plane-Denken" im Bereich des Schaltreglers! Dort
koppelt dir sonst nur jeder erdenkliche EMV-Dreck in deine "Planes" ein.
Am besten gar keine Fläche im Bereich des Schaltreglers. Nur dann kannst
du definiert die Spannung in die Versorgungslagen einkoppeln, wo du
es willst.
BTW: was ist das für eine Monsterspule? Deren Größe ist deutlich anders
als die der Kondensatoren. Das gibt mir noch ein wenig zu denken...
Stef schrieb:> Aus einer Eingangsspannung von 24V will ich 3,3V generieren.
Bei welchem Strom?
Daniel H. schrieb:> die Anbindung an GND vom LM2596
Ist hier ziemlich unwichtig, weil nur für die Feedbackleitung
interessant. Es fließt aber kein nennswerter Strom aus dem GND-Anschluss
des Reglers.
Lothar Miller schrieb:> Ist hier ziemlich unwichtig, weil nur für die Feedbackleitung> interessant. Es fließt aber kein nennswerter Strom aus dem GND-Anschluss> des Reglers.
Im Datenblatt wird aber genau bei diesen Leitungen angemerkt, dass diese
kurz gehalten werden sollen, für Feedback hingegen wird nur angemerkt,
dass diese abseits der Spule geführt werden soll?
Schon mal vielen Dank an Euch für die schnelle ausführliche Hilfe,
Klasse!
Ich habe mal versucht beide Anregungen umzusetzen (siehe Anhang). Die
Spule habe ich um 180° gedreht. Dies hat wie schon gesagt den Vorteil
dass der GND Pfad von C64, C66, D14 und D15 zum Regler viel kürzer ist
und dass ich den Feedbackpfad zum Regler erheblich verkürzen kann.
Die Diode D16 habe ich jetzt direkt unter C63 platziert, ebenso das GND
Pas von C65 direkt zum GND Pad des Reglers. Auf GND "Planes" habe ich
ebenso verzichtet, sondern einfach die Leitung vom GND Pad des
Schaltreglers geroutet. Die GND Pads des Schaltreglers 3 und 5 habe ich
einfach mit einem GND Via verbunden, ebenso die GND Pads von D16 und
C63.
Das die Spule unfassbar groß ist hat mich auch schon stutzig gemacht.
Ich habe versucht genau den "Algorithmus" des Datenblatts des LM2596 zu
befolgen.
Ich will aus 24V = Vin 3,3V=Vout generieren und das für einen Strom von
3A.
Laut Skizze ergibt sich aus dem Datenblatt der Code L40 (33uH). In SMD
Technik bleibt da nur die PE-54040-S Spule (komischerweise dann 38uH)
und diese ist im HCI-68 Package erhältlich. Dieses Package hat nunmal
die monströse Padgröße von 2,03mm*17,78mm. Bin es jetzt schon 100mal
durchgegangen und finde einfach keinen Fehler.
WÄre wiederum sehr nett wenn es Anregungen bzw. Kritik bzgl. meines
überarbeiteten Layouts gibt. SO ganz verstehe ich die Hintergründe des
Schaltregler Layouts zwar noch nicht, aber es scheint sehr interessant
und Herrn Millers Seite hilft da enorm weiter.
Stef schrieb:> Ich will aus 24V = Vin 3,3V=Vout generieren und das für einen Strom von> 3A.> Laut Skizze ergibt sich aus dem Datenblatt der Code L40 (33uH). In SMD> Technik bleibt da nur die PE-54040-S Spule (komischerweise dann 38uH)> und diese ist im HCI-68 Package erhältlich. Dieses Package hat nunmal> die monströse Padgröße von 2,03mm*17,78mm. Bin es jetzt schon 100mal> durchgegangen und finde einfach keinen Fehler.
Passt soweit, die Workbench von TI liefert für Vin 24V und Vout 3,3V@3A
ebenfalls 33µH. Als Induktivität wird dort von Coilcraft eine MSS1210
empfohlen, Pad-Größe wäre damit nur noch 5,5x3mm.
Allerdings gibt es bei den Kondensatoren leichte Unterschiede, am
Eingang empfiehlt die Workbench 4,7µF, am Ausgang jedoch 1.500µF.
Viele Grüße
Daniel
Edit: Was mir noch aufgefallen ist, laut Workbench wird der LM2596 bei
3A gut 95°C warm, könnte evt. problematisch werden.
Stef schrieb:> GND Pfad von C64, C66, D14 und D15 zum Regler viel kürzer ist
Wen interessiert hier ein Strompfad zum Regler? Der Regler ist doch
am Laststrom gar nicht beteiligt und gehört auf keinen Fall in den
Strompfad! Dieses Layout ist so schlecht, dass ich es eher als
abschreckendes Negativbeispiel bezeichnen würde. Das vorige war 10 mal
besser.
Versuche, mit so wenig Lagenwechsel wie möglich auszukommen. Und wenn du
schon einen Lagenwechsel brauchst, dann mach so viele Vias wie möglich
rein. Denn wenn der C63 auf der einen Seite mit 6mm breitem Kupfer
angebunden ist, warum reicht dann auf der anderen Seite eine schamle
Leiterbahn und 1 einziges Via?
Mein Tipp: zeichne doch einfach mal die 3 relevanten Stromkreise ein.
Das kostet nicht allzuviel Zeit...
Noch was: die Bauteile können meist so dicht aufeinander platziert
werden, bis sich die gelben störkanten fast berühren. Da ist noch viel
Luft.
Lothar Miller schrieb:> Der Regler ist doch> am Laststrom gar nicht beteiligt und gehört auf keinen Fall in den> Strompfad!
Stimmt, sorry, ich hab mich vomn der Anmerkung im Datenblatt in
Kombination mit der ausgeblendeten GND-Plane irritieren lassen.
Nachdem ich die Strompfade (unter Berücksichtigung der GND-Plane)
eingezeichnet habe ist eigentlich auch gut ersichtlich, dass das
Ursprungs-Layout schon recht gut war und welchen Vorteil es bringt D16
um 180° zu drehen.
Hallo zusammen,
abschreckendes Beispiel ist nicht gut, gar nicht gut :(
Aber schön dass hier soviel geholfen wird.
Habe nochmals neu gelayoutet und versucht die beiden Strompfade (ähnlich
wie auf Ihrer Homepage erklärt) einzuzeichnen.
1. Gelb: Eingangs-C63 -> Eingangs-C65 -> Schalter -> Spule ->
Ausgangs-C64 -> Ausgangs-C66 -> Eingangs-C
2. rosa: Ausgangs-C64 -> Ausgangs-C66 -> Diode -> Spule -> Ausgangs-Cs
Die Verbindungen der GND Pads habe ich mit 10mil geroutet. Die
Feedbackleitung scheint mir sehr lang zu sein und noch dazu ebenso über
einen Lagenwechsel realisiert.
Ich hoffe dass es jetzt schon etwas besser aussieht?
Vielen Dank und Gruß
BTW habe ich versucht die Ströme bei dem "misslungenen Beispiel" auch
einmal einzuzeichnen. Man erkennt dass die genannten Stromschleifen
räumlich deutlich weiter gehen.
Ein Feedback zu dem hoffentlich besseren modifizierten Beispiel
(lm25965b.png) würde mich freuen.
Vielen Dank und schönes WE
Ich habe nur eine Anmerkung,
den Teil der für die Stromversorgung zuständig ist würde ich deutlich
'robuster' gestalten als z.B. den Signalteil um einen MC herum. Daher
würde ich die Leiterbahnen (auch wenn sehr wenig Strom fließt) breiter
machen. 10mil ist doch eher was für Signalleitungen. Die GND Leitung
könnte ruhig Faktor 4 breiter sein. Und auch wenn ich die Padgröße mit
der VIA Größe vergleiche könnten die VIAs um einiges größer sein.
Generell kann man sagen das man für eine kleinere Ausschußquote und
einer höhen Processsicherheit Leiterbahnen, VIAs und Abstände (dort wo
es geht) immer etwas größer gestalten sollte.
Recht Herzlichen Dank an Alle für die Ratschläge und Tipps. Sehr nett,
dass so viele sich während Ihrer Arbeits- oder Freizeit die Zeit nehmen
zu helfen!
lm2596.PNG
(9,7 KB)
