Boost Converter Layout mit LTC3872

[Markus B. (mbo_ap)]

Hallo,

ich bin gerade dabei meinen ersten Boost Converter mit LTC3872 Treiber 
zu layouten und würde mich über euer Feedback freuen.

Ich versuchte zwar die Empfehlungen die man hier im Forum und auch in 
Application Notes findet so gut wie geht umzusetzen glaube aber, dass da 
trotzdem einiges verbessert gehört...

Zu den Anforderungen/Prämissen:
- V_in: LiIon, 2.8-4.2V
- V_out: 5V/2A
- Platine hat 2 Layer

Verwendete Bauteile:
- Spule: DR74-1R0-R, 1µH, I_sat_peak 10A, shielded
- Boostswitch: SI3460DD, R_dson 32mOhm @2,5V
- Sperrdiode: B320A Shottky Diode
- Treiber: LTC3872, const. Frequ. 550kHz, R sense via FET.

Im Anhang habe ich die Pläne geladen, inklusive einem Bild wo ich die 
Stromschleifen eingezeichnet habe sowie den Feedbackpfad

Die Abmessungen der Platine sind 17mm x 24mm.

Wo ich mir im Speziellen unsicher bin:
- Bottom Layer für SW Pfad habe ich ebenfalls mit SW Polygon realisiert, 
Idee war die Wärme abführen zu können. Sollte man das so machen oder 
besser auf GND?
- FET Gate Leitung im Bottom Layer
- Man spricht ja immer von kleinen Stromschleifen, sind die hier klein 
genug?

LG
Markus

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Markus B. schrieb:
> wo ich die Stromschleifen eingezeichnet habe sowie den Feedbackpfad
Dir ist aber schon bewusst, dass das Orange im Bild 
Layout_LTC3872_Additional_info.png nicht der Freilaufpfad, sondern der 
Recoverypfad ist?

Denn sowohl im Ladepfad wie im Freilaufpfad muss die Spule mit drin 
sein.

> Sperrdiode: B320A Shottky Diode
Lustigerweise ist das die "Freilaufdiode", die dem Strom in der 
Freilaufphase einen Weg zum Ausgangskondensator freigibt.

Nachdem du die Bauteilplatzierung entsprechend dem Evalboard DC989B-A 
gemacht hast, wird das schon funktionieren.

Ich würde allerdings etwas mehr als nur die mickrigen 10uF an den 
Eingang geben, damit der Akku auch mal gepuffert werden kann, wenn da 
tatsächlich bei 3V fast 4A fließen müssen.
Oder andersrum: dem Schaltregler reichen 10uF, es kann aber gut sein, 
dass die 10uF für die Schaltung zu wenig sind.

Und als grobe Faustformel gilt, dass das Volumen der 
Eingangskondensatoren etwa gleich groß wie das der Ausgangskondensatoren 
sein muss, weil ja die Energie von den Eingangs-C zu den Ausgangs-C mit 
90% Wirkungsgrad umgelagert wird.
Und weil ein Kondensator bei gleicher Technologie und gleicher Größe 
gleich viel Energie speichern kann, fällt ein Missverhältnis schnell ins 
Auge.
Dieses Missverhältnis stört mich auch beim Evalboard...

BTW: Walter schrieb sich Schottky mit c
https://de.m.wikipedia.org/wiki/Walter_Schottky

[Markus B. (mbo_ap)]

Hallo Lothar!

Danke für deine Antwort!

Lothar M. schrieb:
> Markus B. schrieb:
>
>> wo ich die Stromschleifen eingezeichnet habe sowie den Feedbackpfad
>
> Dir ist aber schon bewusst, dass das Orange im Bild
> Layout_LTC3872_Additional_info.png nicht der Freilaufpfad, sondern der
> Recoverypfad ist?
> Denn sowohl im Ladepfad wie im Freilaufpfad muss die Spule mit drin
> sein.
Stimmt natürlich, habe in Application Nodes gelesen, dass der Orange 
Pfad (recovery Pfad) aber wohl auch sehr kritisch sein soll bzgl 
routing.

>> Sperrdiode: B320A Shottky Diode
>
> Lustigerweise ist das die "Freilaufdiode", die dem Strom in der
> Freilaufphase einen Weg zum Ausgangskondensator freigibt.
Hab’s heute nicht mit den Namen… :(

> Nachdem du die Bauteilplatzierung entsprechend dem Evalboard DC989B-A
> gemacht hast, wird das schon funktionieren.
Du hast absolut richtig erkannt dass das Layout an dc989b-a angelehnt 
ist. Die Schaltung davor und danach funktioniert mit dem evtl Board auch 
ausreichend. Ich musste/wollte jedoch verglichen mit dem dc989b-a ein 
paar Änderungen vornehmen:
- 2 Layer statt 4 Layer (meine größte Sorge)
- DFN Gehäuse statt TSOT beim LTC
- 0603 statt 0402 bei R/C

> Ich würde allerdings etwas mehr als nur die mickrigen 10uF an den
> Eingang geben, damit der Akku auch mal gepuffert werden kann, wenn da
> tatsächlich bei 3V fast 4A fließen müssen.
> Oder andersrum: dem Schaltregler reichen 10uF, es kann aber gut sein,
> dass die 10uF für die Schaltung zu wenig sind.
> Und als grobe Faustformel gilt, dass das Volumen der
> Eingangskondensatoren etwa gleich groß wie das der Ausgangskondensatoren
> sein muss, weil ja die Energie von den Eingangs-C zu den Ausgangs-C mit
> 90% Wirkungsgrad umgelagert wird.
> Und weil ein Kondensator bei gleicher Technologie und gleicher Größe
> gleich viel Energie speichern kann, fällt ein Missverhältnis schnell ins
> Auge.
Macht Sinn, werde ich Ändern

[UD (Gast)]

Die geringe C_in ist allerdings schon etwas bedenklich, es ist doch
auch nicht immer die Zelle kürzestmöglich angebunden (und vielleicht
nicht mal immer ein maximal niederohmiger Hochstromtyp).

Aus Vorsichts- / Flexibilitätsgründen würde ich also ebfs. für höhere
C_in plädieren, genau wie Lothar.

Für welche genaue(n) Last(en) ist denn dieser Konverter gedacht?

Zwar steht im Datasheet "2A" als Ausgangsstrom, aber das ist oft als
"peak" zu verstehen, zumindest nicht immer als Dauer-Belastbarkeit.

Bei Single-Lithium-Cell-zu-5VDC sind ca. 2A effizienter synchron zu
lösen, obwohl's auch mit Diode geht (ging ja früher(TM) auch).

Je nach I-Bedarf ist das aber evtl. gar nicht die allerbeste IC-Wahl.
Dazu sagtest halt noch nichts, das ist nur "ein Schuß ins blaue".

[Markus B. (mbo_ap)]

Danke UD für deine Antwort!

UD schrieb:
> Die geringe C_in ist allerdings schon etwas bedenklich, es ist
> doch
> auch nicht immer die Zelle kürzestmöglich angebunden (und vielleicht
> nicht mal immer ein maximal niederohmiger Hochstromtyp).
> Aus Vorsichts- / Flexibilitätsgründen würde ich also ebfs. für höhere
> C_in plädieren, genau wie Lothar.
Ist ein Niederohmiger Akku (100mOhm) allerdingngs ist er über einen 
P-Fet angebunden zwecks Ladeschaltung. Macht daher auf jeden Fall Sinn C 
zu erhöhen.

> Für welche genaue(n) Last(en) ist denn dieser Konverter gedacht?
> Zwar steht im Datasheet "2A" als Ausgangsstrom, aber das ist oft als
> "peak" zu verstehen, zumindest nicht immer als Dauer-Belastbarkeit.
Last ist ein Stepper mit 1A Spulenstrom und einem TMC2300 als Treiber. 
Der Stepper bewegt sich aber nur im Kurzzeitbetrieb. Das Ganze 
funktioniert zumindest mit Eval boards bereits (dc989b-a und 
TMC2300-BOB)

> Bei Single-Lithium-Cell-zu-5VDC sind ca. 2A effizienter synchron zu
> lösen, obwohl's auch mit Diode geht (ging ja früher(TM) auch).
> Je nach I-Bedarf ist das aber evtl. gar nicht die allerbeste IC-Wahl.
Es wurde der LTC eigentlich nur aus Verfügbarkeitsgründen von Eval 
Boards da dieses 5V/2A bei >3V Input macht… meine Expertise liegt leider 
nicht bei den Wandlerschaltungen. Falls du was besseres synchrones 
empfehlen kannst, das man ebenfalls (einfach) mit Eval Boards vorab 
testen kann bitte um Info