TPS54340 Layout überprüfen bitte

... Ja ohne konkrete Bauteile wirds wohl schwierig :)

Cin: CGA5L2X7R2A105K160AA
D1: B560C-13-F
L1: SRR1210-180M
Cout: GRM32ER61C476ME15L

Die restlichen sind standard 0805 Bauteile, den Werten vom Webench 
entsprechend.

@Klaus: Der Webench gibt bei diesen Bauteilen als Layout leider nur 
Schrott raus. Bauteile liegen komplett irgendwo (zumindest die Vorschau 
davon)

Dann meint ihr ich soll die FB weg von der Spule nehmen?

Ah ja D1 verdeckt tatsächlich ein anderes Bauteil, danke. Hatte ich gar 
nicht gesehen.
Die Pins von der Drossel sind links und rechts, die drei linken 
Durchkontaktierungen am rechten Pin der Drossel liegen genau drauf.

Danke schon mal :)

Cin näher ran. Wichtigstes Bauteil.
Diode auf top. Zweitwichtigstes Bauteil.
Sw Leitung ganz schmal und kurz. Nicht auf beiden Lagen.
Feedback hinter cout abgreifen.

Keine duko im Pad.
Kurz: viel näher an das Layout von ti halten.
Es gibt unzählige appnotes von ti und Co. Lesen.

Denk auch Mal über einen synchronwandler nach. Dank integriertem 
Freilauf vereinfacht es das Layout erheblich finde ich.

Passt danke :)
Ich überarbeite ihn, danke dir...

Hallo nochmals...

Neuer Anlauf.
D1 krieg ich aber nicht auf TOP, ohne eine ewig lange SW-Line zu machen. 
Höchstens wenn ich L1 um 90° im UZS drehe und mehr nach rechts schiebe, 
dafür aber die Vout-Line von ganz rechts nach ganz links ziehe.
Cin bring ich auch nicht mehr näher ran an den IC.

Danke nochmals an die bisherigen Unterstützer...

lg Llemaban

Klaus R. schrieb:
> Es sieht jetzt schon ganz gut aus.

Finde ich nicht. MMn sollte die Diode auf Top.  Sw dünner und zur Not 
halt länger. Fb außen herum. So wie halt vorgegeben. Der Teiler wie 
vorgegeben an gnd anbinden.

Hinterher halt nicht wundern wenn es nur mäßig geht,  ok? Hauptsache das 
Rad neu erfunden...

...Und Variante 3 mit D1 auf TOP und halt eben der ewig langen 
Vout-Line.

@Klaus danke, ja ein paar mehr Durchkontaktierungen schaden da echt 
nicht.

@Karl: Bitte, Variante 3. Doch wo ich hier das Rad neu erfinde, müsstest 
du genauer erklären. FB müsste ich entweder komplett um L1 oder links 
unten durch, direkter schaff ichs nicht. Die Position des Teilers kann 
ich versuchen rechts des ICs zu platzieren...

(ich sehe gerade, dass Rcomp und Ccomp noch nicht verbunden sind, habe 
ich schon korrigiert)

Klaus R. schrieb:
> Das vorletzte Layout ist kompakter.

Flächenmässig (rechteck Aussenmasse) sind Variante 2 und 3 annähernd 
identisch, jedoch habe ich bei Variante 2 noch etwas Platz links oben 
und links unten.

@Klaus: was meinst du bezüglich der FB-Line? L1 ist zwar geschirmt, soll 
ich jedoch trotzdem versuchen sie weg von L1 zu kriegen? (Bezogen auf 
Variante 2)

lg Llemaban

Llemaban schrieb:
> Doch wo ich hier das Rad neu erfinde, müsstest
> du genauer erklären. FB müsste ich entweder komplett um L1 oder links
> unten durch, direkter schaff ichs nicht.

Das Rad erfindest Du neu, indem Du die Layout-Guidelines der Hersteller 
missachtest, so meinte ich das. Die Guidelines gibt es, damit Leute wie 
Du und ich auch mal nen Schaltregler hinbekommen ;-)

Mit zielmicher Sicherheit wird der Regler an sich auch mit Diode auf BOT 
funktionieren, die Frage ist halt, wie gut (EMV mäßig).

Gestern erst habe ich zwei Schaltregler im eigenen Layout in Betrieb 
genommen und deshalb zuvor ziemlich viel gelesen. Wie ich oben schon 
schrieb:

- Beim Buck ist Cin das wichtigste Bauteil (Boost genau anders herum, da 
ist es Cout), weil dort die Impuls-Ströme bedient werden müssen.
- Die Freilaufdiode ist da ähnlich: Impulsförmige Ströme
- Cout hat einen relativ gleichmäßigen Stromverlauf -> weniger wichtig
- SW soll dünn und kurz sein, damit es nicht kapazitiv koppelt 
(Impuls-Ströme...). So dünn dass es gerade noch den Strom tragen kann. 
Die induktivität ist zu L hin nebensächlich, weil dieser Pfad soll ja 
induktiv sein.
- Alles Leistungsführende soll auf einer Lage bleiben. Darunter eine 
durchgehende Lage GND zur Schirmung, falls möglich. Je nach verwendeter 
Spule macht es Sinn, den Bereich unter der Spule nicht mit GND zu 
füllen, weil dort sonst Ströme induziert werden.
- Zur minimierung der Abstrahlung muss die aufgespannte Fläche minimal 
sein. Fläche im Raum, nicht in der Eagle-Draufsicht. Genauer muss die 
Differenzfläche zwischen SW an und Freilauf klein sein, weil im Rest 
ändert sich wenig.

Natürlich muss man ab und zu Kompromisse machen, aber das kannst dann 
nur Du entscheiden.

Ich finde die TOP-Variante von den Leistungsbauteilen her ganz gut.
- SW würde ich dünner machen
- FB Teiler am FB Pin, Masseanbindung wie vorgegeben
- Comp Netzwerk Masseanbindung wie vorgegeben
- Wenn nichts gravierendes dagegen spricht würde ich so weit wie möglich 
auf TOP bleiben, auch mit dem Hühnerfutter
- Gewöhne Dir ab, Vias in Pads zu setzen. Wenn Du das selber bastelst 
mag es gehen, aber es ist und bleibt eine schlechte Angewohnheit.

Karl schrieb:
> Die Guidelines gibt es, damit Leute wie
> Du und ich auch mal nen Schaltregler hinbekommen ;-)

Ja da geb ich dir recht, bisher hatte ich in dem Fall immer das Rad neu 
erfunden, dass nie einer korrekt gefunzt hat :)

Karl schrieb:
> - SW soll dünn und kurz sein, damit es nicht kapazitiv koppelt
> (Impuls-Ströme...). So dünn dass es gerade noch den Strom tragen kann.
> Die induktivität ist zu L hin nebensächlich, weil dieser Pfad soll ja
> induktiv sein.

Dh von SW (Ausgang IC) zu D1 so kurz und dünn wie möglich. Ab D1 bis L1 
ist eher unkritisch, korrekt verstanden?

Karl schrieb:
> Beim Buck ist Cin das wichtigste Bauteil (Boost genau anders herum, da
> ist es Cout)

Das erklärt, warum der Webench immer solche unterschiedlichen Cin 
hergibt zwischen Buck und Boost, danke :)

Llemaban schrieb:
> Karl schrieb:
>> Die Guidelines gibt es, damit Leute wie
>> Du und ich auch mal nen Schaltregler hinbekommen ;-)
>
> Ja da geb ich dir recht, bisher hatte ich in dem Fall immer das Rad neu
> erfunden, dass nie einer korrekt gefunzt hat :)

Du musst es halt auch wirklich so machen wie es im Datenblatt steht. 
Diese Layouts funktionieren weil das so gut wie immer die sind mit denen 
der Hersteller seinen Baustein qualifiziert hat. Die können das schon.

Llemaban schrieb:
> Karl schrieb:
>> - SW soll dünn und kurz sein, damit es nicht kapazitiv koppelt
>> (Impuls-Ströme...). So dünn dass es gerade noch den Strom tragen kann.
>> Die induktivität ist zu L hin nebensächlich, weil dieser Pfad soll ja
>> induktiv sein.
>
> Dh von SW (Ausgang IC) zu D1 so kurz und dünn wie möglich. Ab D1 bis L1
> ist eher unkritisch, korrekt verstanden?

Das ist der Switch-Node - unkritisch ist das sicher nicht.

Wenn du gute Schaltregler designen willst, dann musst du dich früher 
oder später damit beschäftigen wie ein Schaltregler funktioniert ;) 
Versuche es lieber jetzt zu verstehen. Als Einstieg (mit Vorsicht zu 
genießen, aber es hilft dir ein Gefühl zu bekommen) der 100% 
Standard-Forenlink hier 
http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/40-Layout-Schaltregler

Llemaban schrieb:
> Dh von SW (Ausgang IC) zu D1 so kurz und dünn wie möglich. Ab D1 bis L1
> ist eher unkritisch, korrekt verstanden?

Nein, das ist ja das selbe Netz. Alles dünn und kurz.
Unkritisch ist die Ausgangsseite von L zu Cout hin. Die darf gerne 
breit.

Peter schrieb:
> Du musst es halt auch wirklich so machen wie es im Datenblatt steht.

This!

Peter schrieb:
> Wenn du gute Schaltregler designen willst, dann musst du dich früher
> oder später damit beschäftigen wie ein Schaltregler funktioniert ;)
> Versuche es lieber jetzt zu verstehen. Als Einstieg (mit Vorsicht zu
> genießen, aber es hilft dir ein Gefühl zu bekommen) der 100%
> Standard-Forenlink hier

Ich hab schon überlegt den zu posten. Aber Lothar macht z.B. den Switch 
node breit und flächig. Wie sehr sich das dann auswirkt? Die Darstellung 
der Ströme ist jedenfalls gut gelungen finde ich.

Boris O. schrieb:
> Das ist bei einer Speicherdrossel bspw. in 126x oä. schwer zu machen, da
> die landing pads schon 4x2mm sind. Paart man das noch mit einer Diode in
> SMC hat man ein schönes Rechteck. Da kann sich der Strom hübsch
> ausbreiten.

Schon klar. Aber man muss es ja nicht schlimmer machen als es schon ist. 
Ich sag nur: Synchronwandler nehmen :-)

> Die Layouts mit den langen Leiterschleifen, sowohl FB rund um die
> Drossel als auch Drosselausgang bis Ausgang finde ich schlecht. Die
> Größe der Schleife bestimmt. Je länger und je größer der Durchmesser,
> desto weniger gut (durchflutete Fläche).
Da hast Du zwar Recht, aber es ist mMn hier nicht so recht anwendbar. 
Man muss auch beachten was im jeweiligen Netz abgeht. Der Ausgang der 
Spule ist da doch recht langweilig. FB mMn lieber lang und in sauberen 
Gefilden als kurz durch den größten Mist. Teiler nahe am Pin, um danach 
die durchflutete Fläche klein zu halten. Der Abgriff an sich ist 
niederohmig, nach dem Teiler hochohmig -> mehr Probleme durch identische 
Einstreuung.
Weiter geht es um Fläche im Raum, auf der sich Ströme schnell ändern. 
Diode auf Bot spannt da auch einen "netten" Strompfad auf, der 
geometrisch schon weit vom SW-Pfad entfernt sein kann.

> Die Dukos sind weniger schlimm, können im Ersatzschaltbild ja als
> Induktivität und Widerstand in Reihe aufgefasst werden. Viele kleine
> davon parallel (<=0,3mm, >5), vielleicht sogar filled (wenn
> wärmeleitend) stellen kein Problem dar. (Vgl. Layouts von Dual-N-MOSFETs
> im Power-SO8 wie BQ24650 mit Duko-lastiger Verbindung von Source/Drain,
>>5A Strombelastung. Es sind ja nur 1,4mm.)
Jain. Generell halte ich auch nichts von der Duko-Angst und stimme Dir 
zu. Aber ich habe immer noch meine Schaltregler-Angst. Seit ich mich 
getreu dem Motto "Ohne Spannungsversorgung brauch ich den Rest der 
Schaltung auch nicht" mit hoher Prio eben dieser widme und mich - ohne 
immer alles verstanden zu haben - an die Layout-Vorgaben der Hersteller 
halte, hat es keinen einzigen mehr gegeben, der nicht funktioniert hat.

Karl schrieb:
> Boris O. schrieb:
>> Das ist bei einer Speicherdrossel bspw. in 126x oä. schwer zu machen, da
>> die landing pads schon 4x2mm sind. Paart man das noch mit einer Diode in
>> SMC hat man ein schönes Rechteck. Da kann sich der Strom hübsch
>> ausbreiten.
>
> Schon klar. Aber man muss es ja nicht schlimmer machen als es schon ist.
> Ich sag nur: Synchronwandler nehmen :-)

Amen!
5A über Diode für einen  Buck ist nicht zeitgemäß.

Die Auslegung ist nicht total daneben, aber einige Sachen stechen ins 
Auge:
Die 1µF am eingang scheinen mir VIEL zu wenig! Da bläst du die 500kHz 
voll nach draußen. Andere Teilnehmer an der gleichen Versorgung freuen 
sich nicht gerade, über Rippel im Volt-Bereich.
Siehe auch Datenblatt S27.
Ich täte da Minimum 10µF hin, bei 3A/500kHz. Nicht Elkos, sondern 
entweder Polymer-Tantal oder X5R-Kerkos.
Und die müssen nahe an den Buck ran.

Außerdem: Dein Regler ist nicht dauerhaft kurzschlussfest:
1. Die Diode ist vom Dauerstrom her nicht für 6,8A geeignet (was für 
Kurzschlussschutz aber nötig ist - man beachte den DC im 
Kurzschlussfall)
2. Hat deine Drossel nicht den nötigen Sättigungsstrom.
Kurzschlussfest ist allerdings optional. Musst du selber entscheiden, ob 
dir das wichtig ist.

Ui ui... Da kommt etwas viel Information

Erstmal danke Peter für den Link zu Lothar´s Seite, die klärt mich schon 
einiges weiter auf :) Den Stromfluss hatte ich nämlich noch gar nicht in 
dieser Art bedacht.

Mmhm schrieb:
> Die Auslegung ist nicht total daneben, aber einige Sachen stechen ins
> Auge:
> Die 1µF am eingang scheinen mir VIEL zu wenig! Da bläst du die 500kHz
> voll nach draußen.

Laut Webench reichen die, aber ich schätze mal, dass mehr Kapazität an 
Vin nicht Schaden kann. Wobei mir das jetzt auch etwas Angst macht... An 
der späteren Versorgungsspannung kommt nochmals ein Converter auf 5V, 8A 
ran (Schaltung noch nicht designed), aber da hängt auch ein BL-Motor mit 
1kW :/

Doch zurück zum diesem Regler hier. Zusammengefasst:
- Alle raten dazu SW so kurz und schmal (= möglichst wenig 
Fläche/Volumen) wie möglich zu machen
- FB darf, falls nicht anderst möglich, zwischen dem ganzen Greipple 
durch, der Teilung soll jedoch direkt beim IC erfolgen (wobei ich auch 
eher gelernt hatte, FB lieber lange und dünn aber dafür ohne Störungen 
zum Ziel)
- D1 auf Bottom zu platzieren ist nicht ideal aber machbar, da es 
aufgrund der grösse der Bauteile nicht wirklich realisierbar ist, ohne 
die Fläche des gesamten Reglers grossartig zu vergrössern
- und Karl ist definitiv für einen Synchronwandler... :D

Mmhm schrieb:
> 1. Die Diode ist vom Dauerstrom her nicht für 6,8A geeignet (was für
> Kurzschlussschutz aber nötig ist

Ich gib zu, die Diode war tatsächlich nicht vom Webench vorgeschlagen. 
Dann ersetze ich diese eben durch eine, welche dort angegeben wird.


@Lothar: Was du mir aber erklären musst ist, wieso du bei deinem Regler 
die BOTTOM GND rundum ausgeschnitten hast. Bei L1 verständlich, aber 
wieso ganz oben am Regler? Dies hatte nämlich bei einem meiner Regler 
(unter anderem) zum nicht-funktionieren geführt. Spannungsdifferenz von 
GND am Regler und GND BOTTOM rundum wich um einige 100mV ab...

lg Llemaban

Mmhm schrieb:
> Die 1µF am eingang scheinen mir VIEL zu wenig!

...es sind 3uF fällt mir grad auf, siehe Webench bild ganz oben. Qty=3 
-> 3*1uF (könnten aber trotzdem mehr sein)

Llemaban schrieb:
> Mmhm schrieb:
>> Die 1µF am eingang scheinen mir VIEL zu wenig!
>
> ...es sind 3uF fällt mir grad auf, siehe Webench bild ganz oben. Qty=3
> -> 3*1uF (könnten aber trotzdem mehr sein)

Für die Funktion des Reglers reichen die 3x1µ sicher aus, nur ist halt 
die Frage, wie sehr du mit diesem Schalregler das Netz versaust, aus dem 
du dich versorgst. Da hilft die Formel au dem Datenblatt weiter.

Qualität ist hier auch wichtig:
Bei Kerkos muss man mit DC-Bias aufpassen: 1µ hat nicht mehr 1µ, sondern 
weniger, wenn Spannung anliegt.
Bei Elkos ist ESR/ESL meist so hoch, dass sie nichts mehr bewirken bei 
500kHz.
Tantal muss man sorgfältig auswählen (voltage derating, rippelstrom, 
ESR).

Eine Wissenschaft für sich :-(

Sinnvoll: 2 der genannten CGA5L2X7R2A105K160AA. Einer ist vermutlich zu 
weing. Parallel 10 oder 100nF, ganz nah an den Schaltregler. Der kann 
0603 50V sein.
Ein Ferritbead davor schadet auch nicht. Eines mit z.B. 100E @100MHz zum 
Beispiel.

Mmhm schrieb:
> Sinnvoll: 2 der genannten CGA5L2X7R2A105K160AA. Einer ist vermutlich zu
> weing. Parallel 10 oder 100nF, ganz nah an den Schaltregler. Der kann
> 0603 50V sein.

Uuuh, Sorry, da hat mich Google in die Irre geführt. Das ist ja 1µ (und 
nicht 4µ7!)!

Ich tät zum Beispiel 2-3x C1206C475K5PACTU rein. Das sind 1206er. Die 
haben noch rund 2,3µF bei deiner Spannung, das könnte reichen.


Dessen Verhalten kann man hier nachkucken:
http://ksim.kemet.com/Plots/SpicePlots.aspx

Verzeihe, dass ich erst jetzt dazu komm...

Dass der Regler einen anderen Teilnehmer stört, denke ich eher weniger, 
doch dass der Regler vom Motor gestört wird? Haltest du das für 
wahrscheinlich?
Wie weiter oben erwähnt hängen an Vin nur ein weiterer Spannungsregler 
mit 5V, 8A und der Regler für den BL-Motor mit 1kW.

Mmhm schrieb:
> Ich tät zum Beispiel 2-3x C1206C475K5PACTU rein. Das sind 1206er. Die
> haben noch rund 2,3µF bei deiner Spannung, das könnte reichen.

Wenns nicht schadet, nimm ich auch gleich 5 STK. Farnell bietet die nur 
im 5er-Pack oder grösser an.

lg Llemaban