PT4115E Treiber Platine Probleme

[Niwla23 N. (niwla23_n)]

Hallo,

ich hab mir eine Platine designt um 12 3W LEDs mit einem ESP steuern zu 
können. Habe dazu also 12 mal den vorgegebenen Schaltkreis aus dem 
Datenblatt aufgebaut. Anfangs (mit 3 LEDs zum testen) hat das auch alles 
wunderbar funktioniert.

Jetzt hab ich allerdings alle 12 angeschlossen und die Spulen surren wie 
verrückt und werden heiß, einige LEDs flackern manchmal. Eben ist mir 
aus irgendwelchen Gründen auch einer der Treiber abgeraucht (und hat die 
LED mit in den Tod gerissen, vmtl. 12V direkt drauf)
Meine Vermutung ist das dies an Interferenzen zwischen den Spulen liegt, 
liege ich da richtig? Würde dementsprechend das Board nochmal neu 
bestellen mit entstörten SMD Spulen.

Diese Spulen verwende ich aktuell: 
https://de.aliexpress.com/item/1005001306817271.html?spm=a2g0o.order_list.order_list_main.5.77db5c5fu6gjtD&gatewayAdapt=glo2deu

Da wird auch leider keine Saturation Current angegeben, das Datenblatt 
will 1.3 - 1.5 mal so viel wie peak current, ich habe die Treiber auf 
500mA eingestellt also ich schätze mal da sollte ich so 0.7-1A haben.
Fehlende Pull-Downs, schlechter Spannungswandler, input only GPIOs sind 
mir bekannt :)

Würde mich über alle Tipps hier freuen, das aktuelle Board (ca. 100x100) 
und Schematic habe ich angehängt.

[Thomas Z. (usbman)]

Niwla23 N. schrieb:
> Meine Vermutung ist das dies an Interferenzen zwischen den Spulen liegt,
> liege ich da richtig?

Was sind Interferenzen?


aus dem Datenblatt:
Layout considerations
Pay careful attention to the PCB layout and
component placement. RCS should be placed close
to the VIN pin and CSN pin in order to minimize
current sense error. The input loop including input
capacitor,Schottky diode, and MOSFET which
should be as short as possible

Du hast dir echt Mühe gegeben alle Hinweise zu ignorieren

[Niwla23 N. (niwla23_n)]

> Was sind Interferenzen?
Das hier meine ich: 
https://electronics.stackexchange.com/questions/50797/will-placing-inductors-near-each-other-have-adverse-effects

Den Teil zu Layout considerations hab ich gar nicht gesehen, danke. 
Meinst du es kann echt nur daran liegen oder ist der Effekt davon eher 
klein?

[Gerald B. (gerald_b)]

Wo fang ich an, wo hör ich auf?

- für einen Schaltregler ist dein Design vorsichtig gesagt, 
unvorteilhaft. Kurze Wege zwischen IC, Induktivität, Schottkydiode und 
FEHLENDEN Abblock-Cs sind essentiell. Im Kreis angeordnet braucht es 
kaum mehr Platz, als 2 Stck Würfelzucker (die Hälfte geht für die Spule 
drauf)
- Fehlende Abblock Cs - unmittelbar nahe an jedes IC gehört ein KerKo 
Richtwert 10µ oder ein kleiner low ESR-Elko
- die zwielichtigen Induktivitäten hast du selber schon ausgemacht. 
Idelal ist SMD so ein viereckiger Schalenkern 
https://www.tme.eu/de/details/dr1030-101-r/leistungsdrosseln-smd/eaton-electronics/
Wie sieht deine Kühlfläche für die Kühlfahne aus?
68µ Induktivität kommen mir etwas wenig vor, zumal die Schaltfequenz des 
IC auch recht gemütlich ist. Mit 100µH bist du auf der sicheren Seite.
Mit deinem PT4115 habe ich keine Erfahrung, Ich habe öfter mit dem 
SCT3229 und pinkompartiblen Konsorten von Diodes und Zetex gebaut.

Ob dein Design noch zu retten ist, ist schwierig zu beurteilen. Zeig mal 
eine Boarddatei, wo man Cu und Bauelemente drauf sehen kann.

[Niwla23 N. (niwla23_n)]

Habe die KiCAD Board Datei angehängt. An sowas was du verlinkt hast 
dachte ich fürs nächste Board. Die Treiber an sich wurden eigentlich 
kaum warm, nur die Spulen. Ich weiß nicht warum der auf einmal 
durchgebrannt ist.
Wie meinst du das mit im Kreis anordnen? Ist tatsächlich das erste mal 
das ich ein eigenes PCB designt hab.
Danke für die Tipps auf jeden Fall.

[Thomas Z. (usbman)]

Niwla23 N. schrieb:
> Den Teil zu Layout considerations hab ich gar nicht gesehen

Wo sind die Low ESR Cs an Vin? Welche Schottky Diode hast du verwendet?
Du hast auch die anderen Hinweise im DB nicht gelesen.
Die mangelnde Schirmung ist sicher nicht die Ursache für die 
Nichtfunktion.

Ist das dein erster Schaltregler?

[Niwla23 N. (niwla23_n)]

> Welche Schottky Diode hast du verwendet?
1N5819

> Ist das dein erster Schaltregler?
Ja

> Wo sind die Low ESR Cs an Vin?
Hab einen Elko auf der Platine direkt wo die Stromversorgung reingeht, 
nicht sicher ob das richtig ist.


Habe mich an dem angehängten Bild aus dem Datenblatt orientiert. Brauche 
ich für jeden Treiber einen eigenen Cin oder wie?

[Crazy Harry (crazy_h)]

Schalte kleinen Kerkos 4.7-10uF mit ausreichender Spannungsfestigkeit 
parallel zu den LEDs.
Ich hoffe, du hast keine LED unter Spannung angeschlossen? Das mögen die 
PTs überhaupt nicht.

Niwla23 N. schrieb:
> Habe mich an dem angehängten Bild aus dem Datenblatt orientiert. Brauche
> ich für jeden Treiber einen eigenen Cin oder wie?

Direkt vor jedem PT eine gute Idee. Hab sowas mal mit 60 Stück auf einer 
Platine aufgebaut.

[Harald A. (embedded)]

Habe mal ein Bildausschnitt von einem Projekt angehangen, wo es schon 
einmal erfolgreich funktioniert hat. War allerdings (aus anderen 
Gründen) 4-Lagen, sollte man aber auch mit 2-Lagen ohne Probleme 
hinbekommen. War für etwas mehr Strom ausgelegt, könnte für 500mA noch 
etwas kleiner ausfallen

[Niwla23 N. (niwla23_n)]

Könnte es so funktionieren? Würde das dann 12 mal nebeneinander setzen 
mit Ground plane unten.
EDIT: noch ein zweites Layout diesmal schmaler, sonst wird das eng sogar 
mit 6 pro Seite.

[Harald A. (embedded)]

Welche Schottky-Diode und welche Spule hast Du da geplant? Die Schottky 
erscheint mir zu klein, SS16 in SMA wäre passend. Und statt des Elkos 
vor jedem PT4115 wäre ein 10µF besser - den hast Du ja eh in der 
Schaltung.

[Niwla23 N. (niwla23_n)]

Diode: 1N5819 (SS14) - SOD323, änder ich dann mal auf SS16.
Den Elko trotzdem einmal drinlassen für die ganze Platine (also nur 
einen) oder ganz raus? Laut Datenblatt soll der da ja hin.

[Harald A. (embedded)]

Niwla23 N. schrieb:
> Diode: 1N5819 (SS14) - SOD323, änder ich dann mal auf SS16.
> Den Elko trotzdem einmal drinlassen für die ganze Platine (also nur
> einen) oder ganz raus? Laut Datenblatt soll der da ja hin.

Ein Elko sollte nicht schaden. Den 10µF eingangseitig kann Du im rechten 
Screenshot zwischen PT und Shunt positionieren, dafür den Shunt etwas 
hochschieben.
Die 1N5819 geht evtl. auch, macht aber schätzungsweise(!) 100mW Verlust, 
wäre mir für das Package etwas knapp.

[Gerald B. (gerald_b)]

Nimm ruhig die 100µH Indukivität

https://www.mikrocontroller.net/attachment/662370/Screenshot_2025-02-27_194528.png

Im Datenblatt wird 100µH für eine Einzel-LED und 68µH für 
Reihenschaltungen empfohlen. Wenn du also nicht sichertellen kannst, das 
mehr als eine LED angeschlossen wird, betrachte die 100µH als zwingend. 
Hinzu kommt, das der Nennwert "weich" ist. Bei beginnender Sättigung 
sinkt die Induktivität bespielsweise. Wenn 68µ also "gerade so" auf 
Kante genäht sind, ist es dann definitiv zu wenig.
Bei den Puffer Cs kommt es nicht auf viel Kapazität, sondern auf 
niedrigen ESR an, das das C auch bei Impulsbelastung nicht einknickt.
Bei Elkos also Gel-Elkos, oder gute Panasonic, oder vergleichbares.
Ich würde 10µ Kerkos an jeder Stufe nehmen und dann alle 3 Stufen einen 
47µ Elko, der dann nicht mehr so kritisch ist, was den ESR betrifft.
Was sich für TTL-Gräber bewährt hat, kann per SE nicht schlecht sein. Da 
sind auch für heutige Verhältnisse hohe Ströme geflossen und beim 
schalten noch höhere Impulsströme. Dabei durfte Ub nicht einbrechen, 
damit die Logik nicht gesponnen hat.
So kann sowas dann aussehen: 
https://www.ledstyles.de/content/index.php?attachment/36891-ws2814-485-8-jpg/
https://www.ledstyles.de/content/index.php?attachment/36934-ws2814-powerboard-gif/

[Harald A. (embedded)]

Und die rückführende Leitung zum Shunt an den Shunt, nicht an den 
PT4115. Würde trotzdem funktionieren, ist aber unschön. Immer überlegen, 
wo der Strom fließt.

[Harald A. (embedded)]

Und dann spendiere doch noch eine vernünftige 5V-Versorgung, z.B. auf 
Basis des TPS54202 (wenige Cent bei LCSC). Der Linearregler ist doch 
Mist, vor allem mit WiFi. Bau das Layout im Datenblatt nach und es wird 
funktionieren. Die 10µF MLCC hast Du eh schon im Layout, die kannst Du 
auch für Ein- und Ausgang nehmen.

[Gerald B. (gerald_b)]

Harald A. schrieb:
> Und dann spendiere doch noch eine vernünftige 5V-Versorgung, z.B.
> auf
> Basis des TPS54202 (wenige Cent bei LCSC). Der Linearregler ist doch
> Mist, vor allem mit WiFi. Bau das Layout im Datenblatt nach und es wird
> funktionieren.

Na ja, kann man halten, wie ein Dachdecker, nur nicht so hoch.
Ich habe hier auch schon Schimpfe gekriegt, wie ich denn bei WiFi einen 
Schaltregler empfehlen kann, daneben zu setzen.
Ich nehme gerne die 78xx Schaltreglerderivate von LCSC. Die sitzen bei 
mir 4 cm im Layout vom ESP8266 weg und da stört nichts :-)

[Harald A. (embedded)]

Für den TPS54202 mal ein Layoutvorschlag. Hier wieder 4-Lagen Basis, 
geht aber auch mit 2-Lagen. Hier 3.3V Auslegung, 5V ist aber nur 
Änderung im Teiler, das sollte klar sein. Der gezeigte LM51430 ist pin- 
und funktionskompatibel zum TPS54202. Der hat höhere Spannungsfestigkeit 
und ist teurer, brauchst Du vermutlich nicht. Für den Ausgang könntest 
Du statt 2 Stück 22µF auch 4 Stück von den 10µF rannageln, das geht 
auch. Die Rückführung von GND und 3.3V als sog. Kelvin-Connection ist 
Absicht, siehe Datenblatt.

[Harald A. (embedded)]

Gerald B. schrieb:

> Ich habe hier auch schon Schimpfe gekriegt, wie ich denn bei WiFi einen
> Schaltregler empfehlen kann, daneben zu setzen.
Ja, Schimpfe gibt es immer hier, egal was man macht.


> Ich nehme gerne die 78xx Schaltreglerderivate von LCSC. Die sitzen bei
> mir 4 cm im Layout vom ESP8266 weg und da stört nichts :-)

Das geht natürlich auch. Hast Du mal ne LCSC Nummer? Da gibt es ja so 
einige Dinger für sagenhaft wenig Geld.

Meine TPS54202-Schaltung bekäme er auch locker unter das Modul.

[Gerald B. (gerald_b)]

Harald A. schrieb:
> Hast Du mal ne LCSC Nummer?

Wollte ich im letzten Post nachreichen, aber du warst schneller und ich 
konnte nichts mehr editieren ;-)

Bitteschön: https://www.lcsc.com/products/DC-DC-Power-Modules_13486.html

[Niwla23 N. (niwla23_n)]

Eine neue 5V Versorgung habe ich bereits eingeplant, ich wollte den 
LM2596T nehmen, siehe Screenshot.

[H. H. (hhinz)]

Harald A. schrieb:
>> Ich nehme gerne die 78xx Schaltreglerderivate von LCSC. Die sitzen bei
>> mir 4 cm im Layout vom ESP8266 weg und da stört nichts :-)
>
> Das geht natürlich auch. Hast Du mal ne LCSC Nummer?

Er meint wohl die K78xx, z.B.:

https://www.lcsc.com/product-detail/DC-DC-Power-Modules_EVISUN-K7805-500R3_C19188491.html

[Gerald B. (gerald_b)]

Niwla23 N. schrieb:
> Eine neue 5V Versorgung habe ich bereits eingeplant, ich wollte den
> LM2596T nehmen, siehe Screenshot.

Ist ein "verdienter Veteran" :-)
Um Erfahrungen mit Schaltreglern zu sammeln, ist nichts dagegen 
einzwenden, da kommt man noch vernünftig dran zum Löten und Messen.
Ich habe vor 15 Jahren auch mal mit dem LM2576 (dem langsameren 
Vorgänger) angefangen.

[Peter S. (peter_sch)]

Anbei Photos eines PT4115-Moduls, welches man bei den üblichen 
Verdächtigen erstehen kann. Habe die Photos nur leicht herunterskaliert, 
damit man alles gut erkennen kann.

Abgesehen vom Layout Schaltreglers: Die Verwendung eines 
ESP-Entwickungsboards macht bei einer selbst entwickelten Platine 
irgendwie keinen Sinn. Ich würde ein ESP32-WROOM-Modul (o.ä.) direkt auf 
die Platine packen.

[Gerald B. (gerald_b)]

Peter S. schrieb:
> Die Verwendung eines
> ESP-Entwickungsboards macht bei einer selbst entwickelten Platine
> irgendwie keinen Sinn. Ich würde ein ESP32-WROOM-Modul (o.ä.) direkt auf
> die Platine packen.

Jain... im Prinzip hast du recht. Die Spannungsversorgung hat schon noch 
Luft nach oben und ist bei den Entwicklungsplatinen auf Kante genäht. 
Aber wenn ein FW Update "over the Air" mal nicht funzt, sei es, weil der 
FLASH nicht reicht, oder weil es dir beim ersten Versuch die 
installierte FW zersägt hat, wirst du die USB Schnittstelle auf der 
Entwicklungsplatine zu schätzen wissen. Zumal die Entwicklungsplatinen 
kaum teurer sind, als die "Briefmarken", wenn man in China bestellt.

[Niwla23 N. (niwla23_n)]

Habe jetzt das neue Board fertig geroutet. ESP32 Modul direkt raufsetzen 
hatte ich überlegt, war mir aber für den Anfang zu viel Raum für Fehler 
und so geht es ja auch.

[Harald A. (embedded)]

Setze bitte einen Elko an den Eingang des LM2596. Ein DCDC lädt die 
Energie vom Eingangskondensator in den Ausgangskondensator um. Ich habe 
Dir die zwei Hauptstrompfade mal eingezeichnet, rot für die On-Phase, 
grün für die Off-Phase. Woher sollte der DCDC in Deiner Schaltung die 
Energie für die rote Phase beziehen? Kann ja auch in liegender radialer 
Elko sein, z.B. Panasonic FC - z.B. 1800uF/16V EEUFC1C182. Diese eine 
zentrale Elko reicht dann auch.

Und ein paar mehr Durchkontaktierungen gegen GND am DCDC.

Warum drehst Du das Modul nicht 180° um, dann brauchst Du die 5V nicht 
spazieren führen UND die Antenne sitzt an einer wesentlich besseren 
Position. Ggf. kannst Du unter der Antenne an der Stelle den GND Layer 
aussparen, dann gibt es bessere Antenneneigenschaften. Ganz nebenbei ist 
die dann auch vom DCDC weiter entfernt.

Und bei 2-Lagen mehr Leiterbahnen auf der Oberseite so weit wie möglich 
führen, dann brauchst Du den GND Layer nicht so stark zerfurchen.

[Niwla23 N. (niwla23_n)]

Der Elko war irgendwie verloren gegangen bei den Umbauten ^^, danke. 
Habe statt den ESP zu drehen den DCDC mit seiner Peripherie gedreht, so 
ist der zumindest weiter weg von der Antenne. Wollte den ESP nicht 
drehen damit der USB Port weiterhin nach außen zeigt. Mehr Ground Vias 
habe ich jetzt auch am DCDC, das ging vorher ja nur durch den Elkopin.
Noch mehr auf dem Top Layer zu machen ist schwierig ohne ständig die 
Seiten zu wechseln bei den Signanlleitungen.

[Harald A. (embedded)]

Zwei Anmerkungen zum Layout: Offensichtlich verbindest Du die 
Gummileiterbahnen gerade so, wie sie vor die Füße fallen. Dabei solltest 
Du Dich am Steomfluss orientieren, gerade bei Schaltreglern. In Rot beim 
LM2596 der Stromfluss in der On-Phase, passend zu meinem obigen 
Schaltplan. Der LM2596 wird es schon irgendwie machen, gute Designpraxis 
ist aber etwas anderes.

Anderes Beispiel am Shunt des PT4115. Der eine Eingang ist sozusagen ein 
Sense-Eingang, an dem die Spannung über dem Shunt bestimmt wird. Der 
Hauptstrom sollte über den Shunt gehen, die Sense-Leitung zum IC kann 
dann dünn erfolgen.

[Niwla23 N. (niwla23_n)]

Ist es denn schlecht wenn Leiterbahnen größer sind als sie sein müssen? 
Habe jetzt, wenn Platz da war, die Leiterbahnen lieber zu groß als zu 
klein gemacht.

[Harald A. (embedded)]

Nein, die Leiterbahnen sind keinesfalls zu dick.

Der PT4115 misst zwischen VIN und CSN den Spannungsabfall über dem 
Shunt, was ein Maß für den Strom ist. Schaue Dir dein Layout genau an. 
Bei Dir besteht dieser Shunt aus dem eigentlichen Shunt UND(!) dem Stück 
Leiterbahn zwischen Shunt und Pin CSN. Der Strom muss ja diesen Weg 
nehmen weil Du ihm keinen anderen Pfad gibst. Bildlich gesprochen 
„sieht“ der PT4115 eine Reihenschaltung aus zwei Shunts, dem 
eigentlichen Shunt und dem dem Stück Leiterbahn. Leiterbahnen sind 
ziemlich schlechte Shunts in vielerlei Hinsicht. In den Pin CSN fließt 
übrigens kein Strom rein, der ist recht hochohmig.

Du führst also den Hauptstrom direkt über den Shunt und machst einen 
Abzweig direkt vom Pad des Shunts zum CSN-Pin. DIESE Leiterbahn KANN 
dünn ausfallen.

Geht übrigens auch alles so ohne Änderung, ist halt die Frage ob Du aus 
dem Projekt etwas lernen willst oder ob es einfach nur irgendwie 
funktionieren soll.