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)
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.
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.
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?
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?
PCB Layout/Allgemein: Ist irgendwas komplett falsch an meinem Layout?
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?
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?
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?
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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?
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.
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.
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.
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.
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.
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?
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.
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.
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.
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..........
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.
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 42,75V + 27Ohm40mA = 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.
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.
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.
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.
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.
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?
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.
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. :)
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
die Schleife über die Eingangskondensatoren von GND zu VIN zu groß sei, insb. das Stück über GND
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?
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
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.
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.
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.
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.
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.
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?
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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?
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.
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.
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.
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 :)
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.
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.
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.
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?
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.
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