Warum ist beim LM2676 Schaltregler das Massepad kritisch?

[Jan K. (Gast)]

Guten Morgen,

ich versuche mich gerade zum ersten mal an einem Schaltregler, (LM2676)
der soll aus 12-15V -> 6V @ 50mA-1A machen. Der Wirkungsgrad ist 
kritisch, das ganze soll 24/7 am Netz laufen und nicht unnötig Leistung 
verbraten. EMV Probleme will ich natürlich auch nicht.

Ich habe nun versucht die 3 Strompfade so kurz wie möglich und die 
Ströme weg von meiner Massefläche (Rot) zu halten. Nicht wundern das die 
Platine gespiegelt ist, es wird mehrere gestapelte Leiterplatten geben 
und so wird mein Aufbau kompakter. Der Eingang ist die Fläche über den 
Elkos, Mitte ist die lokale Massefläche und unten der Ausgang. Damit ich 
keine Streukapazität gegen Masse bekomme ist die Fläche unter der 
Induktivität ausgeschnitten. Masseverbindung des Leistungssternpunkts 
sind die Dukos links zwischen den Elkos. Der Schaltregler wird rechts 
mit mehreren Dukos als Thermisches Pad zur Massefläche verbunden, auch 
die Masse der Feedback Widerstände hängen an dieser Fläche. Rechts davon 
der Rahmen gehört zu einem Schaltnetzteil Modul, damit das nicht unnötig 
warm wird kommt auf die Unterseite ein massives Stück Alu gegen das 
Gehäuse, elektrisch isoliert über eine Silikonfolie.

Im Datenblatt schreibt TI aber das die Masse vom Regler IC (Pin 4 bzw. 
das Kühlpad) ebenso kritisch ist, die Verbindung sollte möglichst kurz 
sein obwohl meinem Verständnis nach hier keine hohen Wechselströme 
fließen sollten. Mir fällt dazu keine Lösung ein bei der ich nicht mit 
der Masse unter meine Induktivität muss was sicher keine gute Option 
ist. Momentan sind beide Punkte an die Hauptfläche verbunden, Falls 
zwischen Regler Massepad und Schaltregler Massestern Ströme fließen habe 
ich die sofort auf meiner Hauptmasse.

Kann mir jemand was dazu sagen? Geht das so in Ordnung wie ich es 
gemacht habe?

Danke!

Gruß,
Jan K.

[Ole (Gast)]

Deine Diode solltest du direkt neben den Schaltregler setzen, mit extrem 
kurzem Pfad zu Masse und Schaltausgang. Sonst wird das nix.

[Schaltplanvermeider (Gast)]

Die Feedback-Leitung die gefühlt dreimal ganz um die
Platine geführt wird, geht gar nicht. Damit fängst du
dir Himmel und Hölle ein. Dein Regler wird sich über
die Abwechslung freuen die ihm zuteil wird.

[Sven D. (Gast)]

Im Datenblatt ist ein Beispiel für ein Layout abgebildet. Warum hälst Du 
Dich nicht daran? http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm2676.pdf

Interessant ist auch die AN-1229 SIMPLE SWITCHER PCB Layout Guidelines 
(Rev. C)

http://www.ti.com/product/LM2676/technicaldocuments

[Jan K. (Gast)]

Danke erstmal für Eure Antworten!
Ich habe mich jetzt mehr am TI Vorschlag orientiert, aus Platzgründen 
ist eine 1:1 Kopie aber nicht möglich. Spannungseingang ist der THT 
100mOhm Widerstand, Ausgang die L-Förmige Fläche. Oben ist die FB 
Leitung, ich musste allerdings das Layer wechseln. Ist es so gut?

>Die Feedback-Leitung die gefühlt dreimal ganz um die
>Platine geführt wird, geht gar nicht. Damit fängst du
>dir Himmel und Hölle ein. Dein Regler wird sich über
>die Abwechslung freuen die ihm zuteil wird.

Macht es Sinn den FB Pin mit einem kleinen Kerko (1-10nF) gegen Masse zu 
klemmen?

Gruß,
Jan K.

[Christian K. (Gast)]

Hallo,

dein erstes Layout war besser. Der/die Eingangskondensatoren sollten 
direkt neben der Freilaufdiode liegen. Da entweder der 
Eingangskondensator über den Schalter des Schaltreglers oder die 
Freilaufdiode die Induktivität mit Strom versorgt. Der Feedback war auch 
o.k. so lange du nur niederohmige Quellen wie die Ausgangsspannung mit 
längeren Leitungen versiehst. Der hochohmige Knoten am Feedback muß kurz 
sein.

Mit freundlichen Grüßen
Christian

[Jan K. (Gast)]

Das fand ich auch komisch, im Datenblatt von Ti ist es aber auch so 
gemacht. (Siehe Anhang)

Vielleicht weil die Leitungen relativ Dick sind unkritisch? (Dicke 
Leitungen -> niedrige Induktivität -> Schlechte Antenne?)

Quelle: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm2676.pdf

Gruß,
Jan K.

[Christian K. (Gast)]

Die wussten es halt zu der Zeit nicht besser. Die Freilaufdiode direkt 
neben den Eingangskondensatoren ist die EMV- und Funktionstechnisch 
bessere Lösung.

Mit freundlichen Grüßen
Christian

[Harald W. (wilhelms)]

Christian K. schrieb:

> Die wussten es halt zu der Zeit nicht besser.

...und bei den recht niedrigen Frequenzen dieses ICs ist das
Layout ja auch nichtganz so kritisch. Wenn der TE einen kleinen
und  effizienten Schaltregler sucht, sollte er vielleicht sowieso
ein etwas moderneres IC verwenden.

[Jan K. (Gast)]

>Die wussten es halt zu der Zeit nicht besser. Die Freilaufdiode direkt
>neben den Eingangskondensatoren ist die EMV- und Funktionstechnisch
>bessere Lösung.

OK, danke! Ich baue nochmal um.

>...und bei den recht niedrigen Frequenzen dieses ICs ist das
>Layout ja auch nichtganz so kritisch. Wenn der TE einen kleinen
>und  effizienten Schaltregler sucht, sollte er vielleicht sowieso
>ein etwas moderneres IC verwenden.

Ich bin für Vorschläge offen, Am besten wäre ein Regler der geringe 
Eigenverluste hat. Meistens werden aus 12V -> 5V @ 200mA gemacht. selbst 
Linear ginge das mit 1,4W Verlustleistung. Der LM2676 ist ja eher für 
hohe Ströme gedacht, ich denke der ist bei niedriger Last nicht mehr so 
effektiv.

Gruß,
Jan K.

[Homo Habilis (Gast)]

Jan K. schrieb:
> Der LM2676 ist ja eher für
> hohe Ströme gedacht, ich denke der ist bei niedriger Last nicht mehr so
> effektiv.

Es kommt drauf an...

Wenn Du einen (Bauteil-mäßig etc.) für höhere Ausgangsleistung 
ausgelegten Wandler immer (!) bei weit niedriger Ausgangsleistung 
betreibst, ist das (allgemein) schon unsinnig (aus Effizienz- und/oder 
Bauteil- Kosten- Gründen).

Heißt aber nicht, daß man bei Vernachlässigung eines Grundes oder beider 
Gründe keinen recht effizienten Wandler mit LM2676 und 5V @ max. 100mA 
bauen kann - bei angepaßter "rundum"-Beschaltung.

Kommt immer drauf an.

[Homo Habilis (Gast)]

Sch... copy and paste. Denk Dir ein "k d a" weg...

[Homo Habilis (Gast)]

Jan K. schrieb:
> Ich bin für Vorschläge offen, Am besten wäre ein Regler der geringe
> Eigenverluste hat. Meistens werden aus 12V -> 5V @ 200mA gemacht.

TPS62125, TPS62175, ...

[Gerhard O. (gerhard_)]

Die Simple Switcher sind als Wald und Wiesen Regler für viele 
Anwendungen schon in Ordnung und recht gutmütig.

Wer allerdings spezielle Wünsche hat sollte aber allerdings über den 
Tellerrand schauen und sich mit den anderen, moderneren vertraut machen. 
Es gibt kleinere, moderne Schaltregler mit extrem niedriger Leerlauf 
Stromaufnahme(einige 10uA, höheren Schaltfrequenzen und Gehäuse für 
kleineres Design und anspruchsvollen Innereien die auch Spezial 
Anwendungen für jeden Einsatzbereich gerecht kommen.

Also seh Dir mal an was die üblichen Verdächtigen so alles zusammen 
kochen.

Zum Layout wurde schon genug gesagt.

Wenn man einen guten Polygon Editor hat kann man die Flächen so 
strukturieren, daß man Stromschleifen sehr bequem vermeiden kann. Der 
Querschnitter der Schaltstrom durchflossenen Leiterzüge sollte immer so 
groß wie möglich sein und generell arbeitet man dort nach Möglichkeit 
immer mit entsprechend strukturierten Polygons.

Man kann auch bei zweiseitigen PCBS mit speziellen Techniken arbeiten, 
so dass kritische Schaltrompfade nur dort mit der Hauptmasse 
zusammenkommen wo sie sollen. Es gibt da allerhand CAD Tricks um das 
sehr elegant zu verwirklichen ohne DRC Fehler zu verursachen. Allerdings 
habe ich das nur mit Altium und Protel gemacht. Für andere CAD Programme 
kann ich nicht sprechen.

Übrigens sollte man wegen der hohen Schaltströme bei langer 
Lebensdauererwartung die Ein- und Ausgangs Cs immer überdimensionieren 
oder zumindest zwei parallel schalten so dass die Cs mit nicht mehr als 
50% beansprucht werden da über die Jahre durch Alterung die 
Originalbelastungsgrenzen sinken.

Man soll sich im Übrigen immer an die Empfehlungen der Datenblätter und 
einschlägigen App Notes halten. Dort findet man vielfach solide 
Hinweise. Auch sollte man die erhältlichen Design Resources wie 
Simulationsprogramme und Berechnungsprogramme mancher Hersteller 
ausnützen.