Hallo zusammen,
vorweg: Ich habe noch nie einen Schaltregler gebaut. Entweder analog
oder ein fertiges "LM2596"-Modul mit Stiftleisten huckepack aufgelötet.
Aktuell habe ich einen Fall, in dem ich aus 48V 12V machen möchte. Jetzt
gibt es zwar auch dafür fertige LM2596HVT-Module. Da es den LM2596HVT
aber als echtes Bauteil offensichtlich nicht gibt, kann es sich bei
diesen Modulen nur um Fakes handeln. Außerdem stimmt mich misstrauisch,
dass die mit 50V angegeben sind. Bei 48V arg knapp :(
Deshalb will ich ein eigenes Modul entwerfen. Der Einfachheit halber mit
einem Regler, der für mich unkompliziert ausschaut, einem LM2576HVT mit
fixen 12V. Bei Bedarf kann ich den ja einfach durch einen mit fixen 5V
tauschen, was anderes brauche ich eh nicht.
Den Schaltplan habe ich aus dem Datenblatt von HTC Korea nachgezeichnet,
beim Layout habe ich einerseits versucht, die Seite von Lothar Miller zu
berücksichtigen
(http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/40-Layout-Schaltregler) und
andererseits darauf geachtet, dass keine hohen Bauteile mit einem
Kühlkörper kollidieren.
Ich weiß, die Leiterbahnen muss ich noch verstärken und die Beschriftung
verschieben. Aber so ganz grundsätzlich, kann ich so weitermachen oder
bin ich mit dem aktuellen Entwurf komplett auf dem Holzweg?
Die Strompfade habe ich wie bei Hrn. Miller eingezeichnet. Als Laie
finde ich sie nicht besonders lang.
Die Kondensatoren sind eingangsseitig mit 100V bemessen, ausgangsseitig
mit 25V.
Viele Grüße
Hi,
da bist du billiger wenn du das fertig kaufst.
suche mal danach "DC-DC LM2596HV Buck Converter 5V-60V bis 1,25V-26V
Step-down-Powermodul 48V 3V 5V 12V Spannungsregler Sunlera"
Willst du die Platine ätzen lassen ?
Wenn nicht dann wirst du schwierigkeiten haben
die Leiterbahnen unter den Bauteilen zu löten um
die Bauteile zu befestigen. Wieso eigentlich auf
2 Lagen ? Das find ich was übertrieben. Geht alles
auf eine Lage.
Lötnix schrieb:> Da es den LM2596HVT aber als echtes Bauteil offensichtlich nicht gibt
So so
http://hmsemi.com/downfile/LM2596HV.PDF
Der LM2576 ist recht gutmütig weil die Frequenz gering ist, deine
Platine täte es mit dickeren Leiterbahnen, aber er hat Verluste, willst
du ihn nicht kühlen ?
Und plus und Masse auf unterschiedliche Stecker zu legen ist suboptimal.
Reicht deine kleine Spule vom Strom her ?
Ingo S. schrieb:> Hi,> da bist du billiger wenn du das fertig kaufst.> suche mal danach "DC-DC LM2596HV Buck Converter 5V-60V bis 1,25V-26V> Step-down-Powermodul 48V 3V 5V 12V Spannungsregler Sunlera"
Naja, das sind genau die Module, die ich vermeiden wollte.
Stefan schrieb:> Willst du die Platine ätzen lassen ?
Ja - da macht einlagig oder zweilagig quasi keinen Unterschied. Da nehme
ich die zweite Lage gern mit.
MaWin schrieb:> willst du ihn nicht kühlen ?> Und plus und Masse auf unterschiedliche Stecker zu legen ist suboptimal.> Reicht deine kleine Spule vom Strom her ?
Ja, er soll gekühlt werden, deshalb habe ich auch auf der Seite der
Kühlfahne keine hohen Bauteile platziert, damit ich nachher einen
Kühlkörper montieren kann.
Die Spule ist mit 5,3A angegeben, das müsste bei 3A Nennstrom des ICs
eigentlich genügen.
Warum sind Plus und Masse auf unterschiedliche Stecker suboptimal? Das
wird nachher mit Stiftleisten woanders aufgelötet.
Lötnix schrieb:> Naja, das sind genau die Module, die ich vermeiden wollte.
Ich arbeite schon seit einigen Jahren mit diesen Teilen. Kein Ausfall
der Module habe.
Lötnix schrieb:> Warum sind Plus und Masse auf unterschiedliche Stecker suboptimal? Das> wird nachher mit Stiftleisten woanders aufgelötet.
Stiftleiste? Du bist Mutig. Du weißt schon wenn da gut Strom Fließt was
mit der Stiftleiste passieren kann. Schraubklemmen an dieser Steller
sind immer Optimaler.
Lötnix schrieb:>> Willst du die Platine ätzen lassen ?> Ja - da macht einlagig oder zweilagig quasi keinen Unterschied. Da nehme> ich die zweite Lage gern mit.
hmm kosten der Platine ca 3 euro Versand 6 Euro dann noch die Bauteile.
Teuer als wie Fertig. Und dann Funktioniert es nicht so wie du dir
Vorstellst.
Aber man lernt immer dazu. Vorallem Bauteil unter Bauteil Platzieren
Ich sehe das Problem nicht... ich löte die Stiftleisten oben und unten
an beiden Platinen fest.
Und die Bauteile stehen sich nicht im Weg, weil der THT-Kondensator oben
ist und die SMD-Kondensatoren unten.
Übersehe ich was?
Lötnix schrieb:> Übersehe ich was?
Man kann das zwar so machen, aber mit moderneren Bauteilen wäre es
kleiner und effektiver.
Bevor du die Platine in Auftrag gibst, wurde ich aber noch mal alle
Bauteile kontrollieren, Ripplestrom, ESR, Verluste.
Lötnix schrieb:> Übersehe ich was?
"glaube ja." Botton "Blau" ist unten und Top "rot" ist oben.
Seitenverkehrt, außer du hast dein Layout Programm geändert.
Also liegen deine THT Kondensatoren und der Rest unten und die SMD oben.
Oder willste die Platine unter eine andere Verbauen?
Nimm Dir die Layout-Vorschläge aus dem Datenblatt zu Herzen. Arbeite mit
Flächen. Verstehe den Stromfluss. Wenn Du es schon selber machst willst
Du ja auch etwas lernen denke ich mal.
Hi, ich habe mich nochmal mit dem Thema beschäftigt und möchte einen
moderneren Regler benutzen (TPS563201).
Um den Start zu vereinfachen, habe ich mir mit WeBench Power Designer
einen Vorschlag erstellen lassen.
Das Layout ist grundsätzlich genauso geroutet, nur auf verkleinerter
Fläche.
Bei den Bauteilen habe ich dieselben oder bessere Werte verwendet, aber
teilweise größere Gehäuse genommen.
Da ich bei JLCPCB bestücken lassen möchte, würde ich gerne mit Bauteilen
aus deren SMD-Portfolio auskommen.
Unten stehen die WeBench-Vorschläge, daneben die JLCPCB-Ersatztypen. Das
IC ist natürlich original.
Der WeBench-Vorschlag ist vermutlich nur wegen der nötigen Kühlfläche so
groß. Die bräuchte ich gar nicht mal, weil das ganze Modul mit einer
Wärmeleitfolie auf ein Alu-Profil montiert wird.
Cbst
Kemet C0603C104Z3VACTU | JLCPCB: C24497
https://jlcpcb.com/parts/componentSearch?isSearch=true&searchTxt=CL31B104KBCNNNC
Cap: 100nF | 100nF
Total Derated Cap: 100nF | ???
VDC: 25V | 50V
ESR: 1mΩ | ???
Package: 0603 | 1206
Dielektrikum: Y5V | X7R (besser?)
Frage: WeBench fordert offenbar ESR < 1mΩ.
Laut dem Datasheet bei Mouser, S. 110
https://www2.mouser.com/ProductDetail/Samsung-Electro-Mechanics/CL31B104KBCNNNC?qs=349EhDEZ59oHABbyGq1iKA%3D%3D
liegt der ESR bei 600 khZ ca. bei 20mΩ. Ist das hinnehmbar? Im
Datenblatt vom Kemet-Original steht allerdings überhaupt nichts.
Cout
TDK C1608X5R1A226M080AC | JLCPCB: C12891
https://jlcpcb.com/parts/componentSearch?isSearch=true&searchTxt=CL31A226KAHNNNE
Cap: 22µF | 22µF
Total Derated Cap: 9.1µF | ???
VDC: 10V | 25V
ESR: 3.71mΩ | ???
Package: 0603 | 1206
Dielektrikum: X5R | X5R
Frage: WeBench fordert offenbar ESR < 3.71mΩ. Der Ersatztyp hat wie der
vorherige ca. 20mΩ. Ist das hinnehmbar? Im Datenblatt vom TDK-Original
steht keine Angabe außer "low ESR".
Cin
MuRata GRM31CR61E106KA12L | JLCPCB: C89632
https://jlcpcb.com/parts/componentSearch?isSearch=true&searchTxt=CL31B106KBHNNNE
Cap: 10µF | 10µF
Total Derated Cap: 6.7µF | ???
VDC: 25V | 50V
ESR: 4.51mΩ | ???
Package: 1206 | 1206
Dielektrikum: X7R | X7R
Frage: WeBench fordert offenbar ESR < 4.51mΩ. Der Ersatztyp hat wie der
vorherige ca. 20mΩ. Ist das hinnehmbar? Im Datenblatt vom
Murata-Original steht keine Angabe.
Rfbb
Yageo RC0201FR-0710KL | JLCPCB: C17414
https://jlcpcb.com/parts/componentSearch?isSearch=true&searchTxt=0805W8F1002T5E
Resistance: 10kΩ | 10kΩ
Tolerance: 1.0% | 1.0%
Power: 50mW | 125mW
Package: 0603 | 0805
Voltage: 25V | 150V
Temperaturkoeffizient: 200ppm | 100 ppm
Sollte in allen Belangen gleich oder besser sein?
Rfbt
Yageo RC0201FR-0756K2L | JLCPCB: C17751
https://jlcpcb.com/parts/componentSearch?isSearch=true&searchTxt=0805W8F5622T5E
Resistance: 56.2kΩ | 56.2kΩ
Tolerance: 1.0% | 1.0%
Power: 50 mW | 125mW
Package: 0603 | 0805
Voltage: 25V | 150V
Temperaturkoeffizient: 200 ppm | 100 ppm
Sollte in allen Belangen gleich oder besser sein?
L1
Coilcraft XAL4030-332MEB | JLCPCB: C155152
https://jlcpcb.com/parts/componentSearch?isSearch=true&searchTxt=TMPA1004S-3R3MN-D
L: 3.3µH | 3.3µH
DCR: 26mΩ | 10.5 26mΩ
IDC: 5.5A | 10A
Tolerance: 20% | 20%
Resonanzfrequenz: 43MHz | "Capable of corresponding high frequency
(5MHz)."
Als Faustregel habe ich gelesen, dass die Resonanzfrequenz zehnmal höher
als die Arbeitsfrequenz des Reglers sein sollte (oder besser).
Bei JLCPCB finde ich aber keine Spule, die das zusammen mit den anderen
Parametern erfüllt. Ist in dem Fall die achtfache Arbeitsfrequenz auch
ausreichend?
Oder bedeutet der Satz im Datenblatt, dass die eigentliche
Resonanzfrequenz noch höher liegt und die Spule für eine Arbeitsfrequenz
bis 5Mhz geeignet ist?
Ich würde dem Teil noch einen LC-Filter am Eingang spendieren...am
besten als π-Filter aufgebaut. Die Grenzfrequenz sollte mindestens das
zehnfache der Schaltfreqzenz betragen.
Hast du die Spule eigentlich vernünftig ausgelegt oder nur irgendeinen
Wert genommen der dir passend erschien?
Lötnix schrieb:> Die Spule ist mit 5,3A angegeben, das müsste bei 3A Nennstrom des ICs> eigentlich genügen.
Du mußt bei Induktivitäten, die in Schaltreglern werkeln, zwischen
Sättigungsstrom und Effektivstrom unterscheiden.
Der Effektivstrom entspricht einem konstantem Gleichstrom – den gibt es
im Schaltregler natürlich nicht, taugt aber als Maßstab dafür, wieviel
Dauerlast sie abkann.
Während des Schaltens entstehen aber Stromspitzen, die deutlich über der
Dauerstrombelastung liegen – bei diesen Stromspitzen darf die Spule noch
nicht in Sättigung gehen, sonst wird sie rasch sehr heiß.
Danke für den Vorschlag mit dem Filter, schaue ich mir an.
Wühlhase schrieb:> Hast du die Spule eigentlich vernünftig ausgelegt oder nur irgendeinen> Wert genommen der dir passend erschien?
Naja, zum Teil. Ich habe mir die Spule angeschauen, die WeBench
vorgeschlagen hat. Die hat 5,6A Sättigungsstrom und 28,6 mOhm.
Die von mir ausgesuchte hat 14A Sättigungsstrom und 10,5 mOhm und ist
als "extended part" für die SMD-Linie bei JLC verfügbar. Und bei
"No-Name" schadet etwas Reserve vermutlich nicht.
Die Vias bei VBoost/Pin6 sind meiner Meinung nach unnötig. (?)
Die Feedback-Leitung ist ungünstig gelegen, die schneidet deine
Grundplane in zwei Hälften. Besser wäre die im Uhrzeigersinn am rechten
Rand der Platine entlang zu legen. Vermutlich ist es sogar besser, wenn
du die FB Spannung direkt an der Spule abnimmst und nicht erst bei den
Kondensatoren. Lt. Datenblatt legt der TPS intern sowieso künstlichen
Ripple für seinen Regler auf die FB Spannung.
Ich würde die Spule im Top-Layer direkt verbinden und den Pin 1 besser
per VIA direkt nach unten auf die Groundplane. Die Verbindung
Spule-Schaltregler ist eine der kritischsten, da kommen die meisten
Störungen her und wenn die dein Schaltregler-GND links und rechts
flankiert..... Auch sollte diese Verbindung Flächenmäßig besser klein
gehalten werden, also nicht unnötig breit unter der Spule wie hier.
Thermisch bringt Dir das nicht viel, dafür kann die Kapazität der Fläche
eher Probleme bereiten, wie eine kleine Antenne.
So schlecht sind Flächen nicht immer, ganz im Gegenteil. Gerade dort, wo
du sowieso Kapazitäten brauchst (z.B. die Glättungskapazität am Ausgang,
Eingangsfilter) wird da einiges besser: Zwar nur geringe Kapazität, aber
dafür auch eine sehr geringe Induktivität die du weder mit
Keramikgeraffel noch sonstwas anderem erreichst.
Und sieh zu daß du eine durchgängige Masselage bekommst. Die
Leiterbahnen sollten da auf jeden Fall raus, zumindest die lange
Nord-Süd-Verbindung muß da weg.
Andreas M. schrieb:> Die Vias bei VBoost/Pin6 sind meiner Meinung nach unnötig. (?)
Ich dachte zuerst, dass die evtl. zu Kühlzwecken dienen. Aber
wahrscheinlich ist die Kühlung gut genug, wenn die ganze Platine auf
einem Aluprofil befestigt ist.
Andreas M. schrieb:> Vermutlich ist es sogar besser, wenn> du die FB Spannung direkt an der Spule abnimmst und nicht erst bei den> Kondensatoren.
Erledigt. Ich habe den Spannungsteiler ein bisschen umsortiert, damit
die Feedback-Leitung weniger lang wird und günstiger angeschlossen
werden kann.
Nebenbei hat auf derselben Grundfläche so noch ein 100-nF-Kerko Platz
gefunden.
Andreas M. schrieb:> Ich würde die Spule im Top-Layer direkt verbinden und den Pin 1 besser> per VIA direkt nach unten auf die Groundplane.
Auch das ist erledigt, klingt beides sinnvoll. Allerdings habe ich mir
erlaubt, ein paar Vias mehr zu verwenden, um das GND vom IC zur
Groundplane zu bringen. Im Endeffekt wird darüber ja das IC an den
Kühlkörper "angeschlossen", da finde ich ein einzelnes Via sehr wenig.
Wühlhase schrieb:> Und sieh zu daß du eine durchgängige Masselage bekommst. Die> Leiterbahnen sollten da auf jeden Fall raus, zumindest die lange> Nord-Süd-Verbindung muß da weg.
Masselage ist jetzt durchgängig. Das macht nebenbei auch die Montage auf
einem Kühlkörper viel stressfreier.
Wühlhase schrieb:> Ach ja, und schau dir nochmal das Verhalten der Kapazität unter> Spannung> an...das sorgt auch gerne für unanagenehme Überraschungen.
Den Effekt kenne ich schon - deshalb habe ich für die Kerkos auch höhere
Spannungswerte und X7R ausgesucht, um den Kapazitätsverlust bei gleicher
Spannung zu verringern. Ich denke, dass ein Kerko für 25V bei 12V
weniger Kapazität hat als einer für 50V, oder?
Danke für die Tipps.
Beim LC-Filter bin ich noch etwas unsicher, wie ich den auslegen soll.
Grundsätzlich scheint ein LC-Filter ein frequenzabhängiger
Spannungsteiler zu sein. Bei der Spule geht der Widerstand mit der
Frequenz rauf, und der Kondensator wird mehr und mehr zum Kurzschluss.
So habe ich das jedenfalls hier verstanden:
https://electronicbase.net/de/tiefpass-berechnen/#lc-tiefpass-funktionsweise
Für ca. 6 MHz Trennfrequenz kommen hier bei einem LC-Filter (2. Ordnung)
330 nH und 1,8 nF raus.
Kann das hinkommen? Ich hätte dafür diese beiden Teile benutzt:
https://jlcpcb.com/parts/componentSearch?isSearch=true&searchTxt=TMPC0402HP-R33MG-Z02
(330 nH, 9A, 7.8mΩ → 9A ist wahrscheinlich overkill, dafür hat die
schöne große Kontaktflächen zur Lötbefestigung, bei den anderen sind das
anscheinend nur so fiddelige Drähte.)
https://jlcpcb.com/parts/componentSearch?isSearch=true&searchTxt=C0603N182J050T
(1,8 nF NP0 50V in 0805)
Theoretisch müssten die Werte stimmen...?
Lötnix schrieb:> Beim LC-Filter bin ich noch etwas unsicher, wie ich den auslegen soll.
Als Tiefpass, und wie bereits gesagt: Die Grenzfrequenz sollte
mindestens das zehnfache der Schaltfrequenz betragen. Mehr ist auch in
Ordnung.
Lötnix schrieb:> Grundsätzlich scheint ein LC-Filter ein frequenzabhängiger> Spannungsteiler zu sein. Bei der Spule geht der Widerstand mit der> Frequenz rauf, und der Kondensator wird mehr und mehr zum Kurzschluss.
Ja...auch. In diesem Fall dürfte dir die Betrachtung als Stromteiler
aber besser weiterhelfen. Du willst, daß hochfrequente Ströme nahe bei
deiner Schaltung bleiben und NICHT über die Leitung zu deiner Speisung
fließen. Mit dem Kondensator bietest du für hochfrequente Anteile einen
niederimpedanten Weg zurück zu ihrer Entstehung - nämlich zu deinem
Schaltregler.
Dito die Induktivität, nur anders herum.
Also, damit das Thema nicht einfach so stirbt: Anbei das Ergebnis, läuft
seit ungefähr einer halben Stunde im Test. Eingangsspannung 12V,
Lastwiderstand 4,4 Ohm. Ausgangsspannung ist von 5,138 V (Leerlauf) auf
5,089 V gesunken, also quasi nichts.
Die Widerstände sind gut warm, aber kurzzeitig anfassbar (jeweils 2,2
Ohm mit 20W). An der ganzen Platine wird maximal die Spule vom Regler
ein bisschen warm, sonst nichts.
Ich bin echt beeindruckt, was so ein winziger Schaltregler-Baustein
kann.
Danke für eure Hilfe!
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