Bewertung und Feedback zu meinem 14.5V-to-11.0V DC-DC Buck Converter Design und PCB Layout (TPS6213)

[Matthias (mhn)]

Ich habe meinen ersten 14,5V-zu-11V Buck Converter entworfen. Da ich 
damit wenig bis gar keine Erfahrung habe, freue ich mich über jede 
Rückmeldung, was ich ggf. falsch gemacht habe oder was ich ggf. 
verbessern könnte.

Kurz zu mir: Ich habe ein wenig Erfahrung mit Elektronibastelleien, aber 
das ist 20 Jahre her. Dies ist mein erstes "seriöses" Projekt seit 
langem und das erste Mal überhaupt, dass ich KiCAD verwende und plane 
die Platine extern herstell und bestücken zu lassen. Das ist auch das 
erste Mal, dass ich einen IC einsetze mit Schaltfrequenzen größer paar 
kHz. In meiner Jugend habe ich eher viel mit gesockelten 
CMOS-Logikbausteinen und Linearreglern zur Spannungsversorgung gebastelt 
und immer nur alles mit Durchsteckmontage selbst gelötet. Also reißt mir 
nicht den Kopf ab, wenn es komplett katastrophal ist :)

Da es auch das este Mal ist, dass ich die Platine fremdbestücken lassen 
will, freue ich mich auch über sämtliche Hinweise und Empfehlungen 
diesbezüglich. Momentan plane ich mit JLCPCB, aber das ist nicht final 
gesetzt.

Anbei ein paar Screenshots meines aktuellen Stands sowie auch eine 
ZIP-Datei mit dem kompletten KiCAD-Project.

**Meine Ausgangsbedingungen**

 - Eingangsspannung: 11,5V bis 14,5V (LiFePO4-Akku)
 - Ausgangsspannung: 11,0V (bitte nicht verwirren lassen, das im 
Schaltplan die Ausgangsspannung mit 12V und das Netz ebenfalls mit 12V 
bezeichnet ist)
 - Maximaler Ausgangsstrom: 2A (gleichbleibende Last)
 - Weitere Hinweise:
    - Die Last ist konstant. Ich möchte mit den Buck Convertern einige 
LED-Streifen mit Strömen zwischen 1,2 und 1,8A betreiben. Aber jeder 
Konverter ist nach der Montage einem spezifischen Streifen zugeordnet. 
Geschaltet wird jeweils die Eingangsseite des Konverters.
    - Drop-Out-Verhalten: Ich vermute die Differenz zwischen 11,5V 
(kleinste Eingangsspannung) und 11,0V Ausgangsspannung könnte etwas 
knapp sein. Wenn der IC bereits vorher aussteigt, sagen wir irgendwas 
zwischen 11,7V und 12V ist das auch akzeptabel.
    - Effizienz ist mir wichtig. Es sollte möglichst wenig 
Verlustleistung geben, bei doch gleichzeitig sehr kompakter 
Platinengröße. Daher habe ich mich gegen einen simplen Linearregler 
entschieden. Ich nahm an, dass ein synchroner Buck Converter, der beste 
Kompromiss zwischen Effizienz, Kosten und geringem Bedarf an externen 
Komponenten bzw. Platinengröße darstellt.
    - Ich habe Einschränkungen bezüglich des Bauraums, in den der 
Converter reinpasst. Daher ist die Platine auch so schlank und schmal. 
Daher kam für mich auch nicht in Frage einen fertigen Buck Converter 
passend zu kaufen. (Außerdem will ich ja etwas lernen :) ).
    - Insgesamt brauche ich den Konverter acht Mal.

**Mein bisheriges Vorgehen**

Ich habe die TI Webench genutzt, um mir Beispieldesigns für meine 
Anforderungen generieren zu lassen und habe die verschiedenen Lasten 
(1,2A, 1,4A, etc.) durchgespielt, als Designziel "Effizient" vorgeben 
und anschließend nach BOM Anzahl sortiert. Weil der TI TPS62136 immer 
unter allen Lösungsvorschlägen vorkam und er bei JLCPCB verfügbar ist, 
habe ich mich dann für den entschieden.

Ich habe den KiCAD-Schaltplan dann basierend auf dem Webench Design 
entworfen (das PDF mit dem Webench Design ist auch im ZIP).

**Meine Fragen**

Wie eingangs erwähnt, ist meine generelle Grundfrage, ob das Design und 
mein Layout funktionieren wird, ob ich irgendwas grundsätzlich falsch 
gemacht habe oder was ggf. einfach nur verbessert werden kann. 
Kommentiert gerne alles, was Euch auffällt.

Abgesehen davon habe ich einige Detailfragen, die mir während der 
Erstellung in den Sinn kamen.

 1. _Schaltplan/PG Pin:_ Das Datenblatt schreibt folgendes zum Power 
Good (PG) Pin: "The PG pin is an open-drain output [...]. If the power 
good output is not used, it is recommended to tie to GND or leave open." 
Das Webench Design schlägt jedoch vor, PG mittels Pull-Up an Vin 
anzubinden. Ich bin dem Webench Design gefolgt, frage mich aber, ob das 
die richtige Entscheidung war.

 2. _Schaltplan/Spannungsteiler:_ Das Webench design hat als 
Spannungsteiler 1.47MΩ zu 100kΩ vorgeschlagen. Das Datenblatt, Abs. 
10.1.1 sagt aus: "It is recommended [that] the value of R2 [does] not 
exceed 400kΩ." Offensichtlich ist 100kΩ < 400kΩ erfüllt. Gleichzeitig 
schlägt Tabelle 5 im Datenblatt jedoch 1MΩ zu 62kΩ (für 12V) vor. Welche 
Größenordnung ist sinnvoller? Sollte ich den Spannungsteiler nochmals in 
der Größenordnung circa halbieren?

 3. _Schaltplan/Eingangskondensator:_ Das Datenblatt, Abs. 10.1.4.2 
empfiehlt einen einzigen Keramikmehrschichtkondensator mit 10µF und 25V 
oder einen einzigen 22µF, 16V als Alternative. Das Webench Design 
schlägt jedoch eine Parallelschaltung von zweimal 10µF, 16V vor. Ich bin 
erstmal wieder dem Webench Design gefolgt. Welche der drei Alternativen 
ist die beste?

 4. _PCB Layout/Allgemein:_ Ist irgendwas komplett falsch an meinem 
Layout?

 5. _PCB Layout/Thermal Vias:_ Ich habe noch nie Thermal Vias genutzt. 
Daher habe in KiCad einfach normale Vias platziert und GND auf der 
Oberseite mit der GND-Fläche auf der Unterseite kontaktiert. Ist die 
Herangehensweise korrekt? Muss ich noch irgendeine spezielle Option in 
KiCAD setzen oder die Vias irgendwie modifizieren, damit auch der 
Fabrikant weiß, was es damit auf sich hat?

 6. _PCB Laout/Thermal Vias (Anzahl und Position):_ Das Datenblatt sagt 
lediglich "the package uses the pins for power dissipation. Thermal vias 
on the Vin, GND and SW pins help to spread the heat through the PCB." 
Ich habe einfach drei Vias etwas willkürlich in der Nähe des ICs 
platziert und auch nur für GND, weil ich nur eine GND-Fläche auf der 
Rückseite habe. Sollte ich eine kleine Kupferfläche für Vin auf der 
Rückseite vorsehen und mit Vias kontaktieren? (Das würde dann ein "Loch" 
in der GND-Fläche auf der Rückseite verursachen.) Ist die Anzahl und 
Positionierung der Vias so OK? Sollte ich mehr verwenden oder diese 
anders positionieren?

 7. _PCB Layout/Freiraum:_ Meine Idee war 2oz Kupfergewicht für die 
Platine zu nutzen, da ich annehme, dass dies für bessere Wärmeableitung, 
weniger Spannungsfall und kleinere Induktivitäten sinnvoll sein könnte. 
(Zumindest ist das mein Verständnis.) Wenn ich JLCPCB Designregeln 
korrekt interpretiere sind 0.2mm Freiraum zwischen Pads und Leiterbahnen 
minimal für 2oz notwendig. Die Pads für Vin, GND und SW haben jedoch nur 
0.15mm Freiraum. Ich habe meine Gerber-Dateien bereits probehalber bei 
JLCPCB hochgeladen, aber keinen Designfehlermeldung erhalten. Was 
übersehe ich?

 8. _Bestückung/Minimale PCB oder Panelgröße:_ Wenn ich es richtig 
verstanden habe, muss für die Bestückung ein PCB oder ein Panel 
mindestens 70mm x 70mm groß sein. Kümmert sich der Auftragsfertiger 
selbst darum? Oder muss ich selbst x PCBs auf einem Panel platzieren und 
dann eine Mindestanzahl Panels abnehmen? In Summe brauche ich nur 8 Buck 
Converter.

 9. _Herstellung/Bestückung (allg.):_ Wie gut oder schlecht ist so ein 
Bestückungsservice? Welche Fallstricke gibt es zu beachten? Welcher 
Auftragsfertiger ist zu empfehlen?

Ich bitte diesen ellenlangen Post zu entschuldigen. Ich fand einen Post 
mit allen Fragen auf einmal aber besser als 'zig Einzelposts.

Gruß und Danke, Matthias

[Maxim B. (max182)]

Matthias schrieb:
> - Eingangsspannung: 11,5V bis 14,5V (LiFePO4-Akku)
>  - Ausgangsspannung: 11,0V

Unterschied ist zu klein. LiFePO4 kann auch bis 10,0V runter gehen.
Hier wäre eine andere Schaltung sicherer. Z.B. mit LTC3119

Matthias schrieb:
> - Maximaler Ausgangsstrom: 2A (gleichbleibende Last)
>  - Weitere Hinweise:
>     - Die Last ist konstant. Ich möchte mit den Buck Convertern einige
> LED-Streifen mit Strömen zwischen 1,2 und 1,8A betreiben. Aber jeder
> Konverter ist nach der Montage einem spezifischen Streifen zugeordnet.
> Geschaltet wird jeweils die Eingangsseite des Konverters.

Dann vielleicht besser gar ohne Konverter, direkt von Akku? LiFePO4 hat 
14,5V nur während der Aufladung, sonst kaum über 13,5 - 14V. Das ist für 
LED-Streifen noch in Toleranzgrenzen.

Ich betreibe direkt von LiFePO4 auch empfindlichere Lasten, so wie 
Klavier Yamaha P-121. In 4 Jahren noch kein Problem bemerkt, arbeitet 
genau so wie mit dem beigelegten externen Netzteil 12V.

[Matthias (mhn)]

Maxim B. schrieb:
> Matthias schrieb:
>> - Eingangsspannung: 11,5V bis 14,5V (LiFePO4-Akku)
>>  - Ausgangsspannung: 11,0V
>
> Unterschied ist zu klein. LiFePO4 kann auch bis 10,0V runter gehen.
> Hier wäre eine andere Schaltung sicherer. Z.B. mit LTC3119

Ich weiß, dass LiFePO4 bis 10V runtergehen kann. Das habe ich aber nicht 
vor. Die Entladeschutzschaltung ist momentan auf 11V eingestellt. Ich 
möchte den Akku möglichst schonen. Da es sich nicht um 
sicherheitsrelevante Beleuchtung, sondern "Ambientebeleuchtung" handelt, 
habe ich kein Problem damit, wenn diese früher abschaltet. Ganz im 
Gegenteil, wenn die Energie knapp wird, ist es sogar gut, wenn die 
unnötige Ambientebeleuchtung vorher abschaltet.


> Matthias schrieb:
>> - Maximaler Ausgangsstrom: 2A (gleichbleibende Last)
>>  - Weitere Hinweise:
>>     - Die Last ist konstant. Ich möchte mit den Buck Convertern einige
>> LED-Streifen mit Strömen zwischen 1,2 und 1,8A betreiben. Aber jeder
>> Konverter ist nach der Montage einem spezifischen Streifen zugeordnet.
>> Geschaltet wird jeweils die Eingangsseite des Konverters.
>
> Dann vielleicht besser gar ohne Konverter, direkt von Akku? LiFePO4 hat
> 14,5V nur während der Aufladung, sonst kaum über 13,5 - 14V. Das ist für
> LED-Streifen noch in Toleranzgrenzen.

Es handelt sich um die Ambientebeleuchtung eines Sportboots. Wenn nachts 
das Boot am Steg an Landstrom angeschlossen ist, kann es durchaus 
vorkommen, dass 14.5V im Bordnetz anliegen und die LEDs eingeschaltet 
sind. Der Hersteller des LED-Streifens hat mir den Kopf gewaschen als 
ich meinte, es könnten auch 13.5V anliegen. (14.5V hatte ich gar nicht 
erst erwähnt.) Pro 5cm-Abschnitt des LED-Streifens sind vier Warmweiße 
LEDs SMD 2835 mit 1.75V und 40mA verbaut. Daher kommen die 4x1.75V = 11 
V. Laut Hersteller seien diese mit 13.5V deutlich überlastet. Ich kann 
es nicht beurteilen, habe aber eine sehr deutlich zu hohe Stromaufnahme 
gemessen (mehr als proportionale Zunahme).

[Maxim B. (max182)]

Sowieso ist Unterschied Vin -> Vout für Buck-Wandler zu klein. Wenn du 
unbedingt mit Wandler willst, dann wähle lieber andere Grundschaltung. 
Es gibt ja viele. Einfachste wäre z.B. SEPIC. Für SEPIC kannst du fast 
alle IC nehmen, die für Boost-Wandler gedacht sind. Ähnliche Schaltung 
wie SEPIC wäre ZETA, aber dafür kannst du nur IC verwenden, die als 
Buck-Controller gedacht sind (mit einem externen Schalttransistor). Das 
ist Hauptnachteil von ZETA, aber die hat gegen SEPIC auch Vorteile.

[Matthias (mhn)]

Maxim B. schrieb:
> Sowieso ist Unterschied Vin -> Vout für Buck-Wandler zu klein. Wenn du
> unbedingt mit Wandler willst, dann wähle lieber andere Grundschaltung.

OK. Ich habe die Aussage vom LED-Streifenhersteller halt ernst genommen. 
Was empfiehlst Du, wenn es nicht zwingend ein Wandler sein muss? Banaler 
Vorwiderstand und Linearregler erschien mir halt etwas zu primitiv bzw. 
zu ineffizient. Ich will die kostbare Batteriekapazität nicht in Wärme 
verbraten.

> Es gibt ja viele. Einfachste wäre z.B. SEPIC.

Habe mir gerade ein TI Paper zu der Topologie runtergeladen. Danke für 
den Tipp. Bitte nicht als Kritik auffassen, ich versuche zu lernen: 
Wieso schlägt Webench Synchronous Buck dann überhaupt vor? Ich habe die 
Topologie nicht eingeschränkt, sondern nur meine Designparameter 
eingegeben und Webench hat von sich aus Synchronous Buck am höchsten 
priorisiert. Ab welcher Spannungsdifferenz wäre denn Synchronous Buck 
sinnvoll? Gibt es da Daumenregeln?

[Maxim B. (max182)]

Matthias schrieb:
> Ich habe die Aussage vom LED-Streifenhersteller halt ernst genommen.

Vielleicht. LED ist sehr einfache Last und Toleranzen +-20% sollten noch 
in Ordnung sein.

[Andrew T. (marsufant)]

Matthias schrieb:
> Ich habe die Aussage vom LED-Streifenhersteller halt ernst genommen.
> Was empfiehlst Du, wenn es nicht zwingend ein Wandler sein muss? Banaler
> Vorwiderstand und Linearregler erschien mir halt etwas zu primitiv bzw.
> zu ineffizient. Ich will die kostbare Batteriekapazität nicht in Wärme
> verbraten.

Nimm den Vorwiderstand.
Auf eine Boot, egal obsüss- oder Salzwasser umgebung, ist die 
Zuverlässigkeit wichtiger als die paar Rozent an Effizienz bei deinem 
Ambiente.
Somit weniger Bauelemente == mehr Zuverlässigkeit.

[Maxim B. (max182)]

Matthias schrieb:
> Ab welcher Spannungsdifferenz wäre denn Synchronous Buck
> sinnvoll? Gibt es da Daumenregeln?

So etwa 2 bis 3 Volt Unterschied mindestens, für schlechteste 
Kombination von Vin, Vout, Iout und Widerstand von Drossel usw. Aber 3,3 
Volt-Buck-Wandler arbeiten normal auch von 5 Volt, das ist typische Fall 
bei vielen Platinen mit Mikrocontrollern. Nur wird 5V-Spannung in diesem 
Fall schon stabilisiert.

[H. H. (hhinz)]

Matthias schrieb:
> - Eingangsspannung: 11,5V bis 14,5V (LiFePO4-Akku)
>  - Ausgangsspannung: 11,0V (bitte nicht verwirren lassen, das im
> Schaltplan die Ausgangsspannung mit 12V und das Netz ebenfalls mit 12V
> bezeichnet ist)
>  - Maximaler Ausgangsstrom: 2A (gleichbleibende Last)

Das geht mit dem TPS62136 gerade noch.


Dein Layout hat noch mindestens den Fehler, dass im blauen Layer ein 
Schlitz unterhalb der Spule fehlt. Und ein paar mehr Vias zwischen den 
beiden Layern wären sinnvoll.

[H. H. (hhinz)]

Maxim B. schrieb:
> Matthias schrieb:
>> Ab welcher Spannungsdifferenz wäre denn Synchronous Buck
>> sinnvoll? Gibt es da Daumenregeln?
>
> So etwa 2 bis 3 Volt Unterschied mindestens, für schlechteste
> Kombination von Vin, Vout, Iout und Widerstand von Drossel usw. Aber 3,3
> Volt-Buck-Wandler arbeiten normal auch von 5 Volt, das ist typische Fall
> bei vielen Platinen mit Mikrocontrollern. Nur wird 5V-Spannung in diesem
> Fall schon stabilisiert.

Beim TPS62136 reicht deutlich weniger Dropout!

[Maxim B. (max182)]

H. H. schrieb:
> Beim TPS62136 reicht deutlich weniger Dropout!

Man sollte genau kucken, was passiert, wenn Vin so klein wird, daß Vout 
nicht mehr gehalten sein kann. Wird IC-MOSFET einfach offen bleiben? 
oder braucht Driver von MOSFET doch kurzen Pausen? Das ist z.B. für 
vielen N-MOSFET-Driver notwendig.
Lieber mehr als zu wenig.

[Matthias (mhn)]

H. H. schrieb:
> Dein Layout hat noch mindestens den Fehler, dass im blauen Layer ein
> Schlitz unterhalb der Spule fehlt.

OK. Wird geändert! Also wirklich nur ein Spalt in der GND-Fläche 
zwischen den beiden Spulenkontakten über die Breite der Spule? Die breit 
sollte der Spalt sein und ggf. wieviel weiter über die Spule 
hinausragen?

Welchen elektrotechnischen Sinn hat dies? Ich vermute mal, dass die 
Induktivität nicht gestört wird. Was genau bewirkt der Spalt? Was sollte 
ich mir durchlesen, um zu verstehen, wo mein Fehler lag?

> Und ein paar mehr Vias zwischen den beiden Layern wären sinnvoll.

OK. Einfach wild verteilt oder nach welchem Schema sollte ich vorgehen? 
Reicht es Top-GND mit Bottom-GND zu verbinden oder sollte ich auch eine 
"Gegenplatte" für Vin vorsehen zwecks thermischer Ableitung?

[H. H. (hhinz)]

Maxim B. schrieb:
> H. H. schrieb:
>> Beim TPS62136 reicht deutlich weniger Dropout!
>
> Man sollte genau kucken, was passiert, wenn Vin so klein wird, daß Vout
> nicht mehr gehalten sein kann. Wird IC-MOSFET einfach offen bleiben?
> oder braucht Driver von MOSFET doch kurzen Pausen? Das ist z.B. für
> vielen N-MOSFET-Driver notwendig.
> Lieber mehr als zu wenig.

Der kann 100% DC!

[H. H. (hhinz)]

Matthias schrieb:
> OK. Wird geändert! Also wirklich nur ein Spalt in der GND-Fläche
> zwischen den beiden Spulenkontakten über die Breite der Spule? Die breit
> sollte der Spalt sein und ggf. wieviel weiter über die Spule
> hinausragen?

Am besten so wie im Anhang.


> Welchen elektrotechnischen Sinn hat dies? Ich vermute mal, dass die
> Induktivität nicht gestört wird. Was genau bewirkt der Spalt? Was sollte
> ich mir durchlesen, um zu verstehen, wo mein Fehler lag?

Die Fläche wäre eine Kurzschlusswindung im Streufeld der Spule.


>> Und ein paar mehr Vias zwischen den beiden Layern wären sinnvoll.
>
> OK. Einfach wild verteilt oder nach welchem Schema sollte ich vorgehen?
> Reicht es Top-GND mit Bottom-GND zu verbinden oder sollte ich auch eine
> "Gegenplatte" für Vin vorsehen zwecks thermischer Ableitung?

GND reicht, und einfach 1-2 Dutzend über die gemeinsame Fläche 
verteilen.

[Matthias (mhn)]

H. H. schrieb:
> Matthias schrieb:
>> OK. Wird geändert! Also wirklich nur ein Spalt in der GND-Fläche
>> zwischen den beiden Spulenkontakten über die Breite der Spule? Die breit
>> sollte der Spalt sein und ggf. wieviel weiter über die Spule
>> hinausragen?
>
> Am besten so wie im Anhang.

Im Anhang? Sollte ich einen Anhang sehen?

> Die Fläche wäre eine Kurzschlusswindung im Streufeld der Spule.

Macht Sinn. Danke.

> GND reicht, und einfach 1-2 Dutzend über die gemeinsame Fläche verteilen.

Wird erledigt.

[H. H. (hhinz)]

Matthias schrieb:
> Im Anhang? Sollte ich einen Anhang sehen?

Vergessen. Aber jetzt...

[Wolfgang D. (blitz_f)]

Matthias schrieb:
> Pro 5cm-Abschnitt des LED-Streifens sind vier Warmweiße
> LEDs SMD 2835 mit 1.75V und 40mA verbaut. Daher kommen die 4x1.75V = 11
> V. Laut Hersteller seien diese mit 13.5V deutlich überlastet.

Die Durchlass-Spg. einer weissen LED liegt im Bereich ca. 3,3....3,6 V.
Vier LEDs in Reihe ergibt..........

[Matthias (mhn)]

Wolfgang D. schrieb:
> Matthias schrieb:
>> Pro 5cm-Abschnitt des LED-Streifens sind vier Warmweiße
>> LEDs SMD 2835 mit 1.75V und 40mA verbaut. Daher kommen die 4x1.75V = 11
>> V. Laut Hersteller seien diese mit 13.5V deutlich überlastet.
>
> Die Durchlass-Spg. einer weissen LED liegt im Bereich ca. 3,3....3,6 V.
> Vier LEDs in Reihe ergibt..........

Sorry, Tippfehler, ich meinte 2.75V. 4 x 2.75V = 11V.

[H. H. (hhinz)]

Matthias schrieb:
> Sorry, Tippfehler, ich meinte 2.75V. 4 x 2.75V = 11V.

Am Labornetzteil geprüft?

[Matthias (mhn)]

H. H. schrieb:
> Matthias schrieb:
>> Sorry, Tippfehler, ich meinte 2.75V. 4 x 2.75V = 11V.
>
> Am Labornetzteil geprüft?

Nein, aber ich hatte die LED-Streifen initial direkt an der Batterie 
angeschlossen und habe durch Zufall bemerkt, dass der Stromverbrauch 
deutlich höher war als erwartet. Als erstes fiel es mir an der Anzeige 
des Batteriemanagementsystems auf. Zunächst nahm ich einen Messfehler 
des BMS an und habe dann nochmals mein Fluke direkt an einen 
LED-Streifen gehängt und den Stromverbrauch verifiziert. Rückfrage beim 
Hersteller des LED-Streifens ergab, dass er mit vier LED SMD 2835 mit 
2,75V und 40mA sowie einem 27Ohm Widerstand bestückt ist, um auf 4*2,75V 
+ 27Ohm*40mA = 12V zu kommen. Den 27Ohm Widerstand kann ich auch 
verifizieren. Der ist alle 5cm gut sichtbar. Obwohl für 
12V-Batteriesysteme vermarktet, darf/soll der LED-Streifen nicht an 
wesentlich viel mehr als 12V betrieben werden.

Wenn ich mir jetzt ohnehin die Arbeit mit einem Buck-Converter mache, 
war meine Idee, diesen dann direkt auf 11V auszulegen und statt den 
27Ohm SMD-Widerstand kleine Drahtbrücken auf den LED-Streifen zu löten.

Wenn ich den LED-Streifen "as-is" also mit 27Ohm-Widerstand an 13,5V 
hänge, messe ich den 1,6fachen Stromverbrauch gegenüber 
12V-Nennspannung. Ich habe die LiFePO-Batterie auf 12V entladen lassen 
und mit meinem Fluke nachgemessen. Bei 12V erhalte ziemlich genau den 
rechnerisch erwarteten Stromverbrauch. 2m LED-Streifen, 5cm-Abschnitte 
--> 40 Abschnitte * 40mA --> 1,6A. Gemessen bei 12V: 1,59A. Gemessen bei 
13,5V: 2,58A. Daher 2,58A/1,59A = 1,62. Also 62% mehr.

[H. H. (hhinz)]

Matthias schrieb:
> Wenn ich mir jetzt ohnehin die Arbeit mit einem Buck-Converter mache,
> war meine Idee, diesen dann direkt auf 11V auszulegen und statt den
> 27Ohm SMD-Widerstand kleine Drahtbrücken auf den LED-Streifen zu löten.

Ganz blöde Idee. Die Widerstände sind unbedingt nötig, um den Strom 
gleichmäßig auf die LED-Gruppen zu verteilen.

[Matthias (mhn)]

H. H. schrieb:
> Matthias schrieb:
>> Wenn ich mir jetzt ohnehin die Arbeit mit einem Buck-Converter mache,
>> war meine Idee, diesen dann direkt auf 11V auszulegen und statt den
>> 27Ohm SMD-Widerstand kleine Drahtbrücken auf den LED-Streifen zu löten.
>
> Ganz blöde Idee. Die Widerstände sind unbedingt nötig, um den Strom
> gleichmäßig auf die LED-Gruppen zu verteilen.

Jetzt hast Du mich abgehängt. Weshalb das? Der Strom ist in beiden 
Fällen der selbe, wenn man entweder 12V mit Vorwiderstand oder 11V ohne 
Vorwiderstand betrachtet. In beiden Fällen braucht jeder 5cm-Abschnitt 
40mA bzw. der 2m-Streifen 1,6A. Der Spannungsfall entlang der Leiterbahn 
vom LED-Streifen ist also auch der selbe.

Wo ist mein Denkfehler?

[H. H. (hhinz)]

Matthias schrieb:
> Wo ist mein Denkfehler?

Temperaturkoeffizient der Flussspannung der LEDs nicht beachtet.

[Matthias (mhn)]

H. H. schrieb:
> Matthias schrieb:
>> Wo ist mein Denkfehler?
>
> Temperaturkoeffizient der Flussspannung der LEDs nicht beachtet.

Kannst Du das genauer erklären?

Ich vermute, Du möchtest darauf hinaus, dass die SMD-Widerstände auch 
als kleine Heizelemente wirken und die benachbarten LEDs erwärmen. Aber 
eigentlich sollte es doch eher gut sein, wenn keine SMD-Widerstände zu 
unnötiger Erwärmung führen. LEDs mögen es doch eher kühl.

Ich stehe auf dem Schlauch ....

[Wolfgang D. (blitz_f)]

Hallo Matthias:
LEDs sollten möglichst mit Konstantstrom betrieben werden, nicht 
Konstantspannung. Grund: Exponentielle Kennlinie If = f (Uf).
Problem: Kennliniensstreuung, und neg. Temperaturkoeff. von Uf.
Zumindest aber bei vh. Konstantspannung mit passendem Vorwiderstand 
arbeiten.

[Matthias (mhn)]

Wolfgang D. schrieb:
> Hallo Matthias:
> LEDs sollten möglichst mit Konstantstrom betrieben werden, nicht
> Konstantspannung. Grund: Exponentielle Kennlinie If = f (Uf).

Das ist mir von der Theorie her zumindest klar. Den exponentiellen 
Anstieg konnte ich auch praktisch beobachten, als 13.5V statt 12V an dem 
Streifen hatte. Das werde ich aber nicht ändern können, ohne den 
LED-Streifen komplett zu ändern. Oder? Im Optimalfall hätte man 
wahrscheinlich einen Konstantstromregler pro 5cm-Gruppe auf dem 
Streifen, aber der Hersteller sieht vor, es mit einer Konstantspannung 
zu betreiben

> Zumindest aber bei vh. Konstantspannung mit passendem Vorwiderstand
> arbeiten.

Ja ... Ich stehe immer noch auf dem Schlauch. Wenn ich als 
Konstantspannung 11V habe, dann ist der passende Vor"widerstand" doch 0 
Ohm? Weshalb ist es besser 4*2,75V LEDs mit 40mA bei 12V und 27Ohm 
Widerstand zu betreiben, als bei 11V und 0Ohm Widerstand? Ich glaube es 
Euch ja, aber aus Euren Erklärungen werde ich bislang nicht schlau.

-----

Nachtrag: Ah, ich glaube, ich habe kapiert, wo es bei mir geharkt hat. 
Der Vorwiderstand dient dazu, dass exponentielle Verhalten der LED (bzw. 
der Durchlasswiderstand der LED fällt logarithmisch) mit einen festen 
Vorwiderstand etwas zu dämpfen. Sprich selbst, wenn der Innenwiderstand 
der LED auf Null fallen würde (hypothetisch), dann würde immer noch der 
Vorwiderstand den Strom begrenzen. Meint ihr das?

[Wolle G. (wolleg)]

Matthias schrieb:
> Weshalb ist es besser 4*2,75V LEDs mit 40mA bei 12V und …

Kurze Frage:
a) Sind die 40mA der maximal zulässige Strom der LED?
b) In welchem Temperaturbereich werden die LED betrieben?

[H. H. (hhinz)]

Matthias schrieb:
> Meint ihr das?

Nein.

Du bist damit gefühlt der 100.000ste hier.

[Matthias (mhn)]

Wolle G. schrieb:
> Kurze Frage:
> a) Sind die 40mA der maximal zulässige Strom der LED?
> b) In welchem Temperaturbereich werden die LED betrieben?

a) Kann ich Dir nicht beantworten. Darüber schweigt sich der Hersteller 
des LED-Streifens aus.

b) Ich kann nur was zur Umgebungstemperatur sagen. Normale 
Raumtemperatur und die Streifen sind auf eine Aluminiumleiste geklebt. 
Das sagt natürlich nichts über die Junction-Temperatur aus.

H. H. schrieb:
> Matthias schrieb:
>> Meint ihr das?
>
> Nein.
> Du bist damit gefühlt der 100.000ste hier.

Tut mir leid :(. Dann habe ich es wirklich nicht verstanden, wofür dann 
zwingend ein Vorwiderstand notwendig ist, auch wenn man die Spannung 
theoretisch passend zur Durchlassspannung der LEDs wählen könnte. Ich 
wollte Euch damit nicht nerven, auch wenn ich es total nachvollziehen 
kann, wenn ich der 100.000ste bin. Ein Link auf einen Artikel oder 
Beitrag hier, wo das Problem etwas ausführlicher erläutert wird, würde 
mich trotzdem freuen.

Wir kommen aber auch vom Thema weg. Eigentlich ging es ja um den 
Buck-Converter. Ich habe verstanden, dass ich ihn besser auf 12V auslege 
(und die Eingangsspannung dann halt bis maximal 12.5V runtergehen lasse) 
und den LED-Streifen besser unangestatet lasse. Das spart mir auch die 
Arbeit, gute 100 SMD-Widerstände durch Drahtbrücken zu ersetzen. :)

[H. H. (hhinz)]

Matthias schrieb:
> Ein Link auf einen Artikel oder
> Beitrag hier, wo das Problem etwas ausführlicher erläutert wird, würde
> mich trotzdem freuen.

Schwierig zu finden...

https://www.mikrocontroller.net/articles/LED

[Matthias (mhn)]

Mal zurück zum Buck Converter und Platinenlayout (die Werte des 
Spannungsteiler werden noch auf 12V angepasst). Ich wollte erstmal das 
Layout fertig bekommen.

Ein Bekannter hat kritisiert, dass in meinem initialen Layout

 1. die Schleife über die Eingangskondensatoren von GND zu VIN zu groß 
sei, insb. das Stück über GND
 2. der Spannungsteiler für den FB-Pin in der Schleife von SW-L-Cout-GND 
eingefasst sei

Für 1. habe ich nun VIN ebenfalls von unten an den IC herangeführt, also 
von der gleichen Seite wie GND und die Kondensatoren direkt unten an den 
IC herangerückt.

Für 2. habe ich nun den Spannungsteiler nach rechts versetzt, Cout 
direkt an den IC verlegt, aber dafür läuft nun das FB-Signal anstatt 
Vout unterhalb von Cout durch.

Außerdem habe ich die Aussparung in der rückseitigen GND-Platte an der 
Position der Spule eingefügt, wie von @hhinz vorgeschagen.

Was haltet ihr davon? Wie ist das Platinenlayout im Vergleich zu vorher?

[Gregor J. (Firma: Jasinski) (gregor_jasinski)]

Matthias schrieb:
> Was haltet ihr davon?

Nicht besonders viel, vor allem die Idee mit der Masseaussparung ist 
Unfug, denn die modernen SMD-Powerspulen sind in der Regel so gebaut, 
dass sie teilweise oder sogar gut megnetisch abgeschirmt sind. 
Darüberhinaus ist das Kupfer auf der anderen Seite der Leiterplatte 
relativ so weit vom Kern der Spule entfernt, dass eine eventuelle kleine 
Wechselwirkung im Vergleich zu den Nachteilen, die man mit so einer 
Masseschredderei fabriziert, vernachlässigbar ist. Ferner empfehlen die 
meisten Hersteller dem Designer, eine ganze Kupferschicht der 
Leiterplatte als GND zu nehmen, um das Schalten mit relativ hohen 
Strömen des Schaltereglers möglichst abzuschirmen und obendrein noch die 
Impedanz der Verbindungen so weit wie möglich gering zu gestalten – man 
empfiehlt hierfür sogar auch einen Innenlayer als eine große Massefläche 
zu nehmen, falls welche vorhanden sind, was eigentlich noch näher am 
Spulenkern liegt, aber trotzdem als sinnvoller erachtet wird.

Da Du Dich nicht besonders gut auskennts, ja noch nicht einmal die 
Funktionsweise einer LED (oder generell einer Diode) richtig kennst, 
hast Du Dir für den Anfang mit dem Entwurf eines Schaltreglers einfach 
die falsche Aufgabe ausgesucht.

PS: die Vorwiderstände in dem LED-Streifen so drin lassen wie sie sind – 
die passende Ausgangsspannung (z.B. die anfangs angenommenen 11V) des 
Schaltreglers kann und sollte auf jeden Fall vorher mit einem regelbaren 
Netzteil herausgefunden oder zumindest ausprobiert werden; Dein Entwurf 
beinhaltet keinerlei Schutz gegen Überspannung etc. – so einen Schutz 
richtig einzubauen, können aber die meisten Leute nicht, auch nicht 
welche aus dem Milieu von µC.Net

[Nemopuk (nemopuk)]

Gregor J. schrieb:
> so einen Schutz richtig einzubauen, können aber die meisten Leute nicht,
> auch nicht welche aus dem Milieu von µC.Net

Alle doof, nur ich nicht.

Solche Äußerungen sagen mehr über dich aus, als über andere.

[Gregor J. (Firma: Jasinski) (gregor_jasinski)]

Matthias schrieb:
> Wie ist das Platinenlayout im Vergleich zu vorher?

Noch ein kurzer Nachtrag: Deine Thermale an den Anschlüssen sind immer 
noch so dünn, dass es im Zusammenhang zum Ganzen quasi ein Witz ist, es 
ist aber mechanisch, elektrisch und thermisch nicht gut, das bei solchen 
Strömen so dünn zu gestalten – die sollten 2-3x breiter gestaltet sein. 
Bei so einer kleinen, zweiseitigen Leiterplatte könnte man sie sogar 
ganz weglassen.

[Matthias (mhn)]

Gregor J. schrieb:
> Matthias schrieb:
>> Was haltet ihr davon?
>
> Nicht besonders viel, vor allem die Idee mit der Masseaussparung ist
> Unfug [...]

OK. Das wurde mir von @hhinz so empfohlen (siehe 
Beitrag "Re: Bewertung und Feedback zu meinem 14.5V-to-11.0V DC-DC Buck Converter Design und PCB Layout (TPS6"). 
Initial hatte ich den Spalt nicht drin, sondern bin stur dem Datenblatt 
gefolgt. Mir fehlt die Erfahrung zu beurteilen, was besser ist. Ich kann 
den auch wieder rausnehmen.


> Ferner empfehlen die > meisten Hersteller dem Designer, eine ganze
> Kupferschicht der Leiterplatte als GND zu nehmen,
> um das Schalten mit relativ hohen
> Strömen des Schaltereglers möglichst abzuschirmen und obendrein noch die
> Impedanz der Verbindungen so weit wie möglich gering zu gestalten – man
> empfiehlt hierfür sogar auch einen Innenlayer als eine große Massefläche
> zu nehmen

Abgesehen von meinem Ausschnitt für die Spule ist doch der Bottom-Layer 
eine komplette Massefläche. Wie soll ich noch weniger Impedanz 
hinbekommen? Meines Wissens nach hat einen Innenlayer doch standardmäßig 
sogar weniger Kupferdicke als ein Außenlayer (0.5oz vs. 1oz). Ich 
überlege sogar 2oz zu nehmen. Was würde also eine Innenschicht 
verbessern?

> Da Du Dich nicht besonders gut auskennst, [...]
> hast Du Dir für den Anfang mit dem Entwurf eines Schaltreglers einfach
> die falsche Aufgabe ausgesucht.

Ich hätte gerne etwas fertiges genommen (siehe meinen Eingangspost), 
aber ich habe nichts passendes gefunden, was alle Anforderungen genügt 
hat. Und ich bin ja bereit zu lernen. Allerdings lernt man natürlich nur 
etwas, wenn die Schaltung hinreichend komplex ist, um auch Fehler 
zuzulassen. (Daraus lernt man am besten.)


> PS: die Vorwiderstände in dem LED-Streifen so drin lassen wie sie sind

Ja, soweit waren wir bereits. Ist schon so geplant.

> Dein Entwurf
> beinhaltet keinerlei Schutz gegen Überspannung etc.

Das ist richtig, würde ich aber auch als "nice to have" nicht als 
zwingend notwendig erachten. Ich rechne nicht damit, dass irgendwo 
Überspannungen herkommen. Wie sollte das bei Batteriebetrieb passieren? 
Ich würde hier eher "einfach" statt "komplex und gegen alle möglichen 
Fehler gewappnet" bevorzugen. Ich vermute, die ganzen Billig 
DC-DC-Konverter von Aliexpress und Co haben das auch nicht. Wenn es dann 
doch zu einem Fehler kommt, dann wird halt ersetzt.

[Gregor J. (Firma: Jasinski) (gregor_jasinski)]

Matthias schrieb:
> Abgesehen von meinem Ausschnitt für die Spule ist doch der Bottom-Layer
> eine komplette Massefläche.

Genau mit diesem Ausschnitt hast Du die Masse zerschreddert und somit 
auch die Strompfade beeinträchtigt – einfach komplett mit GND geflutet 
lassen wie am Anfang gedacht.
_______
> Wie soll ich noch weniger Impedanz hinbekommen?

Mit reichlich Vias an den wichtigen Power-Anschlüssen, gemeint sind vor 
allem die GND-Anbindungen der Arbeits-Kondensatoren. Weitere Layer oder 
mit zwei Unzen fertigen ist in diesem Fall eigentlich völlig unnötig – 
komplett mit GND fluten reicht dann vollkomen aus. Das zusätzliche 
Kupfer hilft auch die Wärme besser abzuleiten, denn das muss man auch 
noch überprüfen, also ob die Leiterplattenfläche überhaupt ausreicht, 
damit das Ding nach einer Stunde nicht 80°C erreicht oder in der prallen 
Sonne sogar in die Begrenzung geht oder gar kaputtgeht.

> Allerdings lernt man natürlich nur
> etwas, wenn die Schaltung hinreichend komplex ist, um auch Fehler
> zuzulassen. (Daraus lernt man am besten.)

Diese Schaltung ist bei diesem Wissensstand für den Anfang zu komplex – 
wenn Du Glück hast, wird es einigermaßen funktionieren, gelernt hast Du 
dann aber nicht besonders viel. Wenn es später in der realen Umgebung 
nicht (immer) wie vorgesehen funktioniert, wird Du überhaupt nicht 
wissen, warum das so ist.
____
>> PS: die Vorwiderstände in dem LED-Streifen so drin lassen wie sie sind
> Ja, soweit waren wir bereits. Ist schon so geplant.

Eigentlich betreibt man solche Power-LEDs mit Konstantstrom und nicht – 
wie Du Dir das gedacht hast – Konstantspannung, denn je nach Temperatur 
der Umgebung und der Leuchtdioden wird die Gesamtstromstärke (trotz 
gleichbleibender Ausgangsspannung) schwanken bzw. abdriften, denn die 
LEDs erwärmen sich im Betrieb auch selbst und verändern somit auch deren 
Vorwärtsspannung. Die Vorwiderstände bieten hier ein wenig Schutz, auch 
die Toleranzen der Vorwärtspannung der LEDs werden damit etwas 
kompensiert, das richtige Konzept ist das alles aber trotzdem nicht.

____
> Das ist richtig, würde ich aber auch als "nice to have" nicht als
> zwingend notwendig erachten. Ich rechne nicht damit, dass irgendwo
> Überspannungen herkommen. Wie sollte das bei Batteriebetrieb passieren?

Es gibt parasitäre Effekte – mit langen Zuleitungen und Kondensatoren 
kann man z.B. im Einschaltmoment eine Art Step-Up-Wandler fabrizieren, 
das passiert sehr gut auch mit nur Batterie als Spannungsquelle. Die 
Batterie muss in der Regel auch geladen werden – wenn das Nachladen im 
Betrieb erfolgt, hat man womöglich unerwünschte Spannungsspitzen auf der 
VCC-Schiene, die den Schaltregler zerstören können.

____
> Ich würde hier eher "einfach" statt "komplex und gegen alle möglichen
> Fehler gewappnet" bevorzugen. Ich vermute, die ganzen Billig
> DC-DC-Konverter von Aliexpress und Co haben das auch nicht. Wenn es dann
> doch zu einem Fehler kommt, dann wird halt ersetzt.

Ja, die ganzen Konverter von Ali & Co. haben das nicht – insofern muss 
man sie dann im Fehlerfall stupide ersetzen, wenn man sich auf den Kauf 
eingelassen hat und z.B. nicht weiß, wie man sie mit wenigen Handgriffen 
verbessern/schützen kann.

[H. H. (hhinz)]

Gregor J. schrieb:
> Genau mit diesem Ausschnitt hast Du die Masse zerschreddert und somit
> auch die Strompfade beeinträchtigt –

Unsinn.

[Axel R. (axlr)]

Der Ausschnitt sitzt außen am Rand, besitzt nicht die Form einer 
Kurzschlusswindung und "zerschreddert" hier überhaupt nichts.

Aber: Wenn ich einen oder mehrere LED-Streifen habe und will die selbst 
ansteuern, dann suche ich doch exakt nach diesem Einsatzfall 
(neudeutsch: "use-case")
https://www.monolithicpower.com/en/documentview/productdocument/index/version/2/document_type/Datasheet/lang/en/sku/MP2341GTL/

[Gregor J. (Firma: Jasinski) (gregor_jasinski)]

H. H. schrieb:
> Unsinn.

Unsinn oder Blödsinn war und ist immer noch das, was du hier 
vorgeschlagen hast – dass du das im Nachhinein nicht ertragen kannst, 
jetzt immer noch mit dem Kopf durch die Wand willst, um es umzudrehen, 
und dabei wie ein kleines Kind tobst und trollst, ist klar, aber leider 
nicht mein Problem.

[Matthias (mhn)]

Gregor J. schrieb:
> Noch ein kurzer Nachtrag: Deine Thermale an den Anschlüssen sind immer
> noch so dünn, dass es im Zusammenhang zum Ganzen quasi ein Witz ist
> [...]
> die sollten 2-3x breiter gestaltet sein.
> Bei so einer kleinen, zweiseitigen Leiterplatte könnte man sie sogar
> ganz weglassen.

Ich vermute, Du meinst die Pads für die Schraubklemmen in THT-Montage. 
Dass ich bei der GND-Fläche in KiCad "Wärmefallen" ausgewählt habe und 
nicht "voll" stammt aus den Designregeln von JLCPCB. Bei "voll" warnt 
JLCPCB vor schlechten Lötverbindungen wegen Wärmeableitung.

Bis zum Maximum der Designregeln werde ich sie vergrößern.

Gregor J. schrieb:
> Matthias schrieb:
>> Wie soll ich noch weniger Impedanz hinbekommen?
>
> Mit reichlich Vias an den wichtigen Power-Anschlüssen, gemeint sind vor
> allem die GND-Anbindungen der Arbeits-Kondensatoren.

Ein anderer Forenteilnehmer empfahl ein Dutzend Vias wild verteilen. Wie 
viele Vias empfiehlst Du? Ich vermute es gibt auch eine Obergrenze, ab 
der zusätzliche Vias mehr schaden als helfen. Oder nicht?

Gregor J. schrieb:
> Eigentlich betreibt man solche Power-LEDs mit Konstantstrom und nicht
> [...]

Das ist bekannt. Bei längenvariablen LED-Streifen scheint die 
marktübliche Technik dennoch Konstantspannung zu sein, auch wenn das 
nicht optimal ist. Die non-plus-ultra Lösung wäre sicherlich eine 
Konstantstromquelle mit einstellbarem Sollstrom (passend zur Länge des 
installierten Streifens). Kommerziell direkt erhältlich scheint es aber 
nur Konstantstromquellen mit festen Nennströmen zu geben. Einen 
Selbstbau einer einstellbaren DC-DC-Konstantstromquelle stelle ich mir 
noch komplizierter vor als dieses Projekt. Ich habe aus Neugierde 
allerdings beim TI Webench Designer mal geschaut, wenn man "adjustable 
constant current" auswählt.


Gregor J. schrieb:
> Genau mit diesem Ausschnitt hast Du die Masse zerschreddert und somit
> auch die Strompfade beeinträchtigt – einfach komplett mit GND geflutet
> lassen wie am Anfang gedacht.
> _________

H. H. schrieb:
> Unsinn.

Axel R. schrieb:
> Der Ausschnitt sitzt außen am Rand, besitzt nicht die Form einer
> Kurzschlusswindung und "zerschreddert" hier überhaupt nichts.

Zu dem Aspekt, ob der Ausschnitt zwingend notwendig ist oder sogar 
scheidet, scheint sich dieses Forum nicht einig zu sein. Die 
Datenblätter von TI (und anderen Hestellern) zeigen Referenzdesigns mit 
durchgehender GND-Platte, die auch unter die Spule reicht. Dies stützt 
Gregor J.'s Aussage, dass bei modernen SMD-Spulen eine Aussparung nicht 
(nicht mehr?) zwingend notwendig zu sein scheint. Ich habe aus Neugierde 
bei diversen Rechnern zu den IPC-2221-Regel eingegeben, wie breit eine 
Leiterbahn mindestens sein muss und habe als Randbedingungen 30° 
Umgebungstemperatur, maximale Erwärmung um weitere 30° und 1oz 
Kupferdicke eingegeben. Das Ergebnis war etwas um 1mm Breite. Trotz des 
Spulenausschnitts ist meine GND-Fläche an der engsten Stelle immer noch 
8mm breit. Daher neige ich dazu, auch H.H sowie Axel R. zu folgen und 
zumindest anzunehmen, dass der Ausschnitt keine schädlichen Auswirkungen 
auf den Stromfluss hat.

Axel R. schrieb:
> Aber: Wenn ich einen oder mehrere LED-Streifen habe und will die selbst
> ansteuern, dann suche ich doch exakt nach diesem Einsatzfall
> (neudeutsch: "use-case")
> 
https://www.monolithicpower.com/en/documentview/productdocument/index/version/2/document_type/Datasheet/lang/en/sku/MP2341GTL/

Danke für den Link. Ich sehe aber nicht, was genau dieser Synchronous 
Buck Converter deutlich besser macht als der von mir gewählte? Wenn ich 
das Datenblatt richtig interpretiere ist der kleinstmögliche Duty Cycle 
sogar ungünstiger bzw. ich bräuchte ein viel größeres Delta zwischen 
V_in und V_out, befor der IC in den drop-out geht (zumindest verstehe 
ich so die Angaben zu Minimum-On und Minimum-Off-Time). Weiter habe ich 
erstmal nicht verglichen.

[H. H. (hhinz)]

Gregor J. schrieb:
> H. H. schrieb:
>> Unsinn.
>
> Unsinn oder Blödsinn war und ist immer noch das, was du hier
> vorgeschlagen hast – dass du das im Nachhinein nicht ertragen kannst,
> jetzt immer noch mit dem Kopf durch die Wand willst, um es umzudrehen,
> und dabei wie ein kleines Kind tobst und trollst, ist klar, aber leider
> nicht mein Problem.

Depp.

[Gregor J. (Firma: Jasinski) (gregor_jasinski)]

Matthias schrieb:
> Ich vermute, Du meinst die Pads für die Schraubklemmen in THT-Montage (...)
> Bis zum Maximum der Designregeln werde ich sie natürlich  vergrößern.

Ja, genau das meinte ich und diese Thermale für die Klemmen sollte man 
auch deutlich vergrößern.

_____
> Ein anderer Forenteilnehmer meinte ich solle ein Dutzend Vias wild
> verteilen. Das habe ich gemacht. Wieviele Vias empfiehlst Du? Wie
> sollten es sein? Ich vermute es gibt auch eine Obergrenze, ab der
> zusätzliche Vias mehr schaden als helfen. Oder nicht?

Es geht nicht um die absolute Anzahl, sondern um die Verteilung der Vias 
– einerseits einige über die ganze Fläche (z.B. alle 5 mm) und 
andereseits an den besagten, wichtigen Stellen, von denen ich gesprochen 
habe.

_____
> Das ist bekannt. Bei längenvariablen LED-Streifen scheint die
> marktübliche Technik dennoch Konstantspannung zu sein, auch wenn das
> nicht optimal ist.

Das Problem in Deinem Fall ist, dass Du einen langen (vermutlich mehrere 
Meter) LED-Streifen hast und bei Kostantstromquellen die LEDs oft quasi 
in der Regelschleife des Wandlers sind, d.h. alles relativ nah am Regler 
liegen sollte – bei langen LED-Zuleitungen (z.B. über 20cm) ensteht vor 
allem eine zusätzliche parasitäre Induktivität (Kapazität aber auch), 
die dazu führen kann (und wird), dass der Wandler nicht richtig 
funktionieren wird und sogar sich selbst und die LEDs zerstören kann. 
Die Verwendung eines PT4115 wird also schieflaufen – früher oder später, 
denn der Schaden muss nicht sofort eintreten, mal abgesehen davon, dass 
er mehr als 1A sowieso nicht liefern kann (er sollte nur als Beispiel 
fungieren). Bei so langen Streifen würde ich persönlich kombiniert mit 
einer Konstantspannung (z.B. 11V) und Konstantstromquelle (z.B. AL5809) 
für einzelne LED-Abschnitte arbeiten (z.B. jeweils drei LED in Reihe). 
Wenn die zulässige Verlustleistung der AL5809 es zulassen würde, könnte 
man auf die Konstantspannung ganz verzichten – der Wirkungsgrad würde 
sinken, dafür hätte man aber die ganze Reglerproblemtik nicht und die 
Sicherheit, dass durch die LEDs immer der konzipierte Strom fließt. In 
Deinem Fall geht das alles nicht, weil Du einen fertigen LED-Streifen 
hast.

____
> Also zu dem Aspekt, ob der Ausschnitt zwingend notwendig ist oder sogar
> scheidet, scheint sich auch dieses Forum nicht einig zu sein. Die
> Datenblätter von TI (und anderen Hestellern) zeigen auch immer
> Referenzdesigns mit durchgehender GND-Platte, die auch unter die Spule
> reicht.

Das Forum ist nicht das A und O in dieser Sache, schon gar nicht 
irgendein anonymer HH, der hin und wieder mal Unsinn von sich gibt, ohne 
dass die Leute es merken. Ich habe oben das User's Guide mit Screenshots 
angehängt – dort sind gleich mehrere Layer OHNE irgendwelche 
Aussparungen unter der Powerspule. Wie man auch sieht, ist die 
Leiterplatte deutlich größer als Deine, da man bei Strömen ab 1,5A dann 
doch in Bedrängnis wegen der Abwärme kommen wird, wenn die Leiterplatte 
relativ klein ist – mit einer größeren Fläche wird das Problem deutlich 
reduziert. Bei dem Evaluationsboard wollte man dieses Wärmeproblem gar 
nicht erst aufkommen lassen.

[Veit D. (devil-elec)]

Hallo,

wegen Led Konstantstrom. Ich habe mir eine Leiterplatte, auch zu 
Beleuchtungszwecken, mit einem TPS92360 und einem ATtiny412 mit 2 
Tastern gebaut. Mit zwei weißen 3V Leds glimmen diese noch bei 0% Duty, 
also sollten besser mindestens 3 Leds ran. Nach oben bis 38V Summe der 
Led Spannung. Der µC steuert per PWM mit Tasten +/- die Helligkeit. Der 
Widerstand am TPS gibt nur den maximalen Strom vor, in meinem Fall 
150mA. Eingangsspannung sind 5V von einem USB Netzteil. Mit 3 Leds 
beträgt der max. Eingangsstrom 307mA und mit 4 Leds sind es 437mA. 
Vielleicht als Anregung Zwecks Dimmung. Der ATtiny läuft mit internen 
8MHz. Der Led Strom ist quasi Gleichstrom, dessen geringen Restripple 
von Cout bestimmt wird.

[L. (lah)]

Matthias schrieb:
> 3. _Schaltplan/Eingangskondensator

Mehrere einzelne Kondensatoren sind besser, die haben dann in Summe 
einen geringeren ESR. Direkt am IC kann man einen kleinen 100nF Kerko 
platzieren um das letzte bisschen HF abzufangen.
Es hat sich auch bewährt im Layout an beiden Seiten mehr Kondensatoren 
vorzusehen als später benötigt werden, dann kann man beim Testen 
problemlos nachbestücken.

Zum Layout: Die dünnen Leiterbahnen in den Flächen kannst du weglassen, 
die Verbindung erkennt KiCad beim Flächen füllen.

Matthias schrieb:
> Die
> Datenblätter von TI (und anderen Hestellern) zeigen Referenzdesigns mit
> durchgehender GND-Platte, die auch unter die Spule reicht.

Das ist auch mein Stand. Die Fläche schirmt die Spule ab, allerdings 
natürlich auf Kosten der Induktivität. Mit einem Ausschnitt in der 
Fläche, würdest du (interessant vor allem bei Multilayer) das Magnetfeld 
größer aufbauen und in alle Layer einkoppeln lassen.

Eine Ausnahme habe ich bei meinem letzten Projekt gemacht: Auf der 
Oberseite wäre eine Kupfer-"Zunge" unter der Spule stehen geblieben, da 
die Fläche vom Ausgangskondensator durchgeschnitten wird. Dieses lose 
Ende hätte ich mit GND Vias versehen können. Da es aber eine 4 Layer 
Platine ist und direkt darunter die Massefläche kommt, habe ich auf der 
obersten Lage doch einen Ausschnitt vorgesehen.

[Veit D. (devil-elec)]

Hallo,

das Problem ist, man liest zu jedem Detail unterschiedliche Arten von 
Aussagen. Die einen befürworten Massefläche unter der Spule zwecks 
Abschirmung. Die anderen vermeiden diese Zwecks nicht einkoppeln. Da 
soll der Laie durchblicken?
Habe dazu auch eine Meinung. :-)
Wenn man den gesamten Layer GND macht, kann sich doch jede Störung bzw. 
Schwingen auf dem gesamten Layer ausbreiten. Macht man eine geführte 
geschnürte Masseführung, die sich bspw. erst ab Eingangskondensator der 
Wandlerschaltung im entsprechenden Bereich ausbreitet, bündelt man doch 
eigentlich alle Störungen gezielt auf den/die Kondensator, die dem 
Wandler am nächsten sind.

[Maxim B. (max182)]

H. H. schrieb:
> Der kann 100% DC!
Im Datasheet gibt es ein Fehler: entweder in Beschreibung oder in 
Functional Block Diagram. Wie wird Treiber für obere N-MOSFET gespeist? 
Gate sollte ja über Vin gehen? Mit 100% DC ist das unmöglich.

[H. H. (hhinz)]

Maxim B. schrieb:
> Im Datasheet gibt es ein Fehler:

Nein.

[Matthias (mhn)]

Gregor J. schrieb:
> Es geht nicht um die absolute Anzahl, sondern um die Verteilung der Vias
> – einerseits einige über die ganze Fläche (z.B. alle 5 mm) und
> andereseits an den besagten, wichtigen Stellen, von denen ich gesprochen
> habe.

Das ist eine parktisch-nutzbare Aussage. Dann werde ich nochmals 
deutlich mehr Vias im gemittelten Abstand von 5mm setzen. Wie relevant 
ist die Anordnung? Darf ich es mir einfach machen und ein reguläres 
Muster nutzen oder besser zufällig, wild verteilte Anordnung mit 
mittlerem Abstand 5mm? Ich habe irgendwo gelesen, dass reguläre Muster 
ggf. zu unerwarteten HF-Effekten führen können und daher besser 
chaotische Anordnungen zu bevorzugen sind. Wieviel praktische 
Relevanz/Wahrheit steckt in dieser Aussage?

Gregor J. schrieb:
> _______
>> Das ist bekannt. Bei längenvariablen LED-Streifen scheint die
>> marktübliche Technik dennoch Konstantspannung zu sein, auch wenn das
>> nicht optimal ist.
>
> Das Problem in Deinem Fall ist, dass Du einen langen (vermutlich mehrere
> Meter) LED-Streifen hast und [...]
> bei langen LED-Zuleitungen (z.B. über 20cm) entsteht vor
> allem eine zusätzliche parasitäre Induktivität (Kapazität aber auch),
>

Korrekt. Der längste Streifen ist 2,2m mit 230cm / 5cm * 40mA = 1.84A. 
Mein Ziel ist, die DC-DC-Wandler möglichst verteilt und jeweils nahe am 
zugeordneten LED-Streifen zu setzen. Das heißt, es geht die längste 
Strecke (bis zu 7m) mit 12.5-14.5V bis zur Wand-/Deckenauslassposition 
in 4mm², dann in den jeweiligen DC-DC-Wandler auf 12.0V und dann mit 
einem "kurzen" Stück Anschlussleitung (max. 15cm) vom DC-DC-Wandler in 
den LED-Streifen.

Gregor J. schrieb:
> Bei so langen Streifen würde ich persönlich kombiniert mit
> einer Konstantspannung (z.B. 11V) und Konstantstromquelle (z.B. AL5809)
> für einzelne LED-Abschnitte arbeiten (z.B. jeweils drei LED in Reihe).
> In Deinem Fall geht das alles nicht, weil Du einen fertigen
> LED-Streifen hast.

Ja, dies ist die optimale Lösung. Aber wie geschrieben, im Bereich 
Elektroinstallation (LED-Streifen gehören für mich in den Bereich) 
scheinen LED-Klebestreifen für Konstantspannung ohne eigene 
Stromregelung alle x Segmente marktüblich zu sein. Selbst von deutschen 
"Premiumherstellern".

Was ich noch angedacht hatte, war ein kombinierter DC-DC-Regler mit 
maximaler Spannung und einstellbaren Maximalstrom. D.h. der DC-DC würde 
z.b. maximal 12V und maximal 1.8A liefern und ggf. die Spannung 
runterregeln. Auch auch die Lösung garantiert nicht
absolute Gewissheit, weil über den gesamten Streifen nicht verhindert 
werden könnte, dass einzelne LED-Gruppen weniger Strom ziehen und dafür 
eine andere LED-Gruppe unbemerkt zuviel Strom und durchbrennt.

Aber wie gesagt: Für den Anfang bleibe ich bei einem 
DC-DC-Konstanspannungsregler ohne Strombegrenzung.

Gregor J. schrieb:
> Das Forum ist nicht das A und O in dieser Sache
> [...]
> Ich habe oben das User's Guide mit Screenshots
> angehängt – dort sind gleich mehrere Layer OHNE irgendwelche
> Aussparungen unter der Powerspule.

Danke für die Arbeit. Ich kannte die die Abbildungen bereits, wie in 
einem früheren Kommentar geschrieben. Ich denke, ich gehe dahin auch 
wieder zurück. Ich habe auch in anderen Foren/Plattformen mein Vorgaben 
diskutiert und in denen hat niemand auf die durchgehende GND-Fläche im 
initialen Design getriggert.

Trotzdem ist das für einen Anfänger alles sehr schwierig einzuschätzen. 
Nur weil ein Hersteller etwas in seinem Referenzdesign vorschlägt, heißt 
das auch nicht zwingend, dass dies die "richtige" oder optimale Lösung 
ist. Ich komme eher aus dem Bereich Elektroinstallation (also 
Industriesteuerungen, SPS, Gebäudeinstallation) und Hersteller haben 
meistens auch noch weitere Kriterien, wie z.B. eine besonders 
einfache/günstige/schnelle Lösung zu präsentieren. Daher können 
begründete Abweichungen durchaus sinnvoll sein.


Veit D. schrieb:
> wegen Led Konstantstrom. Ich habe mir eine Leiterplatte, auch zu
> Beleuchtungszwecken, mit einem TPS92360 und einem ATtiny412 mit 2
> Tastern gebaut. Mit zwei weißen 3V Leds glimmen diese noch bei 0% Duty,
> also sollten besser mindestens 3 Leds ran. [...]

Danke für den Tipp, aber mein Szenario ist dann doch etwas größer als 3 
LEDs :)

L. schrieb:
> Matthias schrieb:
>> 3. _Schaltplan/Eingangskondensator
>
> Mehrere einzelne Kondensatoren sind besser, die haben dann in Summe
> einen geringeren ESR.

Ich habe mich ungeschickt ausgedrückt. Dass es möglich ist mit zwei 
parallelen Kondensatoren billiger einen kleineren ESR zu erreichen als 
mit einem einzigen großen Kondensator, der dann entweder teurer ist oder 
einen schlechteren ESR hat, habe ich verstanden. (Bei Parallelschaltung 
addieren sich die Kapazitäten, aber der ESR sinkt, weil die Formel für 
1/ESR_ges = Summe 1/ESR_einzel_i gilt, wie bei parallelen Widerständen 
gilt.) Soviel Wissen habe ich mir angelesen :)

Meine Frage war eher: Wieso kommt der WE Benchdesigner auf eine andere 
Lösung als das Datenblatt. Das TI-Datenblatt gibt auch Formeln für die 
Auslegung der einzelnen Komponenten vor. (Siehe Kap. 10 "Application and 
Implementation", hier spezifisch Abs. 10.1.4.2 "Input Capacitor 
Selection".) Ich habe naiv angenommen, dass die WE Bench einfach 
sämtliche Datenblätter von TI "kennt", die selben Formeln nutzt und 
damit zur selben Lösung kommen müsste zu der man auch kommt, wenn man 
händisch alle Datenblätter nehmen würde und für jedes Datenblatt die 
Referenzlösung per Hand rechnet.

L. schrieb:
> Zum Layout: Die dünnen Leiterbahnen in den Flächen kannst du weglassen,
> die Verbindung erkennt KiCad beim Flächen füllen.

Weiß ich. Das ist für mich aber ein Convenience-Workaround in KiCAD. 
Sobald ich ja im PCB-Layout etwas verschiebe, löscht KiCAD die Füllung 
der Zonen und sie bleiben gelöscht, bis man manuell KiCAD anweist, die 
Zone zu füllen oder bis zum nächsten DRC. Wenn die Zonen gelöscht sind 
und man keine separaten Leiterbahnen hat, zeichnet KiCAD die kürzesten 
"Luftlinien". Das irritiert mich. Außerdem helfen mir die Leiterbahnen 
in dem Fall anzuzeigen, wo grundsätzlich die Verbindungfläche langgehen 
würde, sodass ich nicht versehentlich Komponenten so platziere, dass es 
später Kreuzungen gäbe.


L. schrieb:
> Matthias schrieb:
>> Die
>> Datenblätter von TI (und anderen Hestellern) zeigen Referenzdesigns mit
>> durchgehender GND-Platte, die auch unter die Spule reicht.
>
> Das ist auch mein Stand. Die Fläche schirmt die Spule ab, allerdings
> natürlich auf Kosten der Induktivität. Mit einem Ausschnitt in der
> Fläche, würdest du (interessant vor allem bei Multilayer) das Magnetfeld
> größer aufbauen und in alle Layer einkoppeln lassen.

Das ist eine spannende Aussage. Bei mir gibt es keine weiteren Layer, in 
die das Magnetfeld einkoppeln könnte. Die GND-Fläche ist an der Stelle 
das einzige, was noch kommt. Wäre es somit an dieser Stelle nicht in 
gewisserweise egal, weil die Schirmwirkung nicht zwingend benötigt wird, 
da es nichts gibt, was geschützt werden müsste, und daher andere 
Aspekte, z.B. Reduktion der Induktivität, entscheidender sind? Klar, 
Strombelastbarkeit, thermische Ableitung, EMI usw. bleiben natürlich als 
Kriterien auch bestehen.

Maxim B. schrieb:
> H. H. schrieb:
>> Der kann 100% DC!
> Im Datasheet gibt es ein Fehler: entweder in Beschreibung oder in
> Functional Block Diagram. Wie wird Treiber für obere N-MOSFET gespeist?
> Gate sollte ja über Vin gehen? Mit 100% DC ist das unmöglich.

Weshalb sollte 100% Duty Cycle nicht möglich sein, wenn der obere MOSFET 
direkt an Vin angeschlossen ist? Welcher Gedankengang steckt dahinter?

[Gregor J. (Firma: Jasinski) (gregor_jasinski)]

Matthias schrieb:
> Das ist eine parktisch-nutzbare Aussage. Dann werde ich nochmals
> deutlich mehr Vias im gemittelten Abstand von 5mm setzen. Wie relevant
> ist die Anordnung? Darf ich es mir einfach machen und ein reguläres
> Muster nutzen oder besser zufällig, wild verteilte Anordnung mit
> mittlerem Abstand 5mm?

Keine regulären, exakten Muster, einfach von Hand zufällig machen – 
Muster mache ich manchmal nur wegen der Optik oder als künstlerische 
Betätigung, allerdings nur dort, wo es sinnvoll erscheint oder gut in 
die Landschaft hineinpasst. Ob man jetzt 5 oder 10 mm Abstände nimmt, 
ist hier egal, bei größeren Leiterplatten macht man halt größere 
Abstände, bei kleinen Platinen kann man auch die Abstände kleiner 
machen, wichtig ist nur, dass man welche macht und an den besagten, 
wichtigen Stellen (Anbindungen von Kondensatoren und des ICs an GND) 
mehrere sehr nah an den Beinchen macht – Im Anhang ist ein Beispiel aus 
meinen Entwürfen, einige dieser wichtigen Stellen habe ich mit weißen 
Kreisen markiert. Hier in diesem Beispiel sind eigentlich zwei 
Masseflächen (aufgetrennt auf digital und analog) – das ist bei Deinem 
Entwurf irrelevant und obendrein nicht so trivial, also das mit dem AGND 
bei mir einfach ignorieren.

_____
> Aber wie gesagt: Für den Anfang bleibe ich bei einem
> DC-DC-Konstanspannungsregler ohne Strombegrenzung.

Die Widerstände in den LED-Streifen aber auf jeden Fall drin lassen, 
denn die helfen Dir ein wenig aus der Patsche – abdriften wird der Strom 
sowieso etwas. Wie schlimm das sein wird, muss man halt real 
herausfinden – wenn es zu schlimm wird, muss man sich dann halt etwas 
einfallen lassen.

[Maxim B. (max182)]

Matthias schrieb:
> Weshalb sollte 100% Duty Cycle nicht möglich sein, wenn der obere MOSFET
> direkt an Vin angeschlossen ist? Welcher Gedankengang steckt dahinter?

Wie wird Gate von oberen N-MOSFET gespeist?