Instabile Ausgangsspannung des Abwärtswandlers

Das Wichtigste in einem DC-DC-Layout ist die Minimierung der Fläche der heißen Schleife . Dies minimiert sowohl seine Induktivität (die L.di/dt-Spitzen verursacht) als auch Emissionen.

Die heiße Schleife ist die Schleife mit dem höchsten di/dt. Bei einem Abwärtswandler ist der Eingangsstrom eine Rechteckwelle, der Ausgangsstrom ein Dreieck, sodass das höchste di/dt auf der Eingangsseite liegt. Bei einem Schub ist es umgekehrt.

Das heißt, Sie sollten die Eingangskappen zunächst möglichst nah am Chip mit fetten kurzen Verbindungen platzieren. Idealerweise sollten Vin und GND Ebenen oder Kupfergüsse sein, keine Spuren, denn je breiter die Spur, desto geringer die Induktivität.

Die nächste Eingangskappe sollte die niedrigste Induktivität haben (dh SMD MLCC X7R/X5R). Bei Verwendung mehrerer Kappen ist die niederinduktive die physikalisch kleinere. Beachten Sie, dass die einzige Nützlichkeit von 100-nF-Kappen in diesem Fall darin besteht, winzig klein zu sein; Die Induktivität hängt nur von der Gehäusegröße und der Leiterplattenmontage (Durchkontaktierungen usw.) ab, nicht vom Wert. Wenn Sie von Hand löten und keine 0402-Kappen mögen (wer tut das?), dann wählen Sie das Paket, das Sie bequem löten können, dann wählen Sie die größte Kapazität in diesem Paket in X7R und platzieren Sie diese direkt neben den Stiften. Denken Sie daran, dass MLCCs Kapazität mit Spannung verlieren, sodass eine 10-µF-0603-Kappe bei 12 V eine geringere tatsächliche Kapazität haben könnte als eine 4,7-µF-0805-Kappe. Wenn Sie Zweifel haben, googeln Sie "murata simsurfing", klicken Sie auf die Großbuchstaben, es gibt eine Schaltfläche, um C gegen V anzuzeigen und verschiedene Großbuchstaben zu vergleichen.

Als nächstes benötigen Sie Eingangskappen, die einen Ripple-Strom aufnehmen können, der dem vollen Induktorstrom bei 500 kHz entspricht. Wenn Sie keine ausgefallenen Polymere verwenden möchten, sind wahrscheinlich einige 10-µF-MLCCs die billigste Option mit der niedrigsten Induktivität. Beachten Sie bei Hobbyprojekten, dass MLCCs in der Menge viel billiger sind. Wenn Sie also die Eingangs- und Ausgangskappen gleich machen, sparen Sie Geld. Holen Sie sich im Grunde einen Streifen mit einem Wert wie 10 µF 25 V, und wenn Sie mehr µF benötigen, setzen Sie einfach mehr davon ein.

Sobald die Eingangskappen platziert sind, können Sie den Induktor und die Ausgangskappen platzieren, um die Hot Loop mit niedrigerer Priorität zu optimieren. Es ist besser, wenn die GND-Pins der Ein- / Ausgangskappen und des Chips auf demselben Kupferguss liegen, das erzeugt weniger HF-Strom in Ihrer Masseebene.

Apropos Grundplatten, es gibt eine auf Ihrem Board, aber es gibt keine Durchkontaktierungen, also ist sie nutzlos. Dies bedeutet, dass der Erdungsteil beider Schleifen durch die nächste Durchkontaktierung zur Erdungsebene geht, die in diesem Fall der GND-Pin eines Steckers ist:

Es ist besser, die Kappen einfach neben den Chip zu legen und breite Kupfergüsse mit vielen Durchkontaktierungen zur Masseebene zu verwenden. Wenn Sie Vias unter den Chip legen, können Sie das Wärmeleitpad auch von unten mit einem Lötkolben anlöten.

Da der SW-Knoten ein hohes dv/dt hat, sollte seine Kapazität minimiert werden, dh eine dünne kurze Leiterbahn verwenden. Breit genug für die Strömung, aber nicht breiter.

Ersetzen Sie zunächst, wie @Kartman in den Kommentaren betonte, Elektrolytkondensatoren durch Keramik . Beide, C2 und C3.

Zweitens empfehle ich Ihnen dringend, das PCB-Routing zu wiederholen.

1. Die erste Regel dieser Konverter ist, dass der SW-Trace so klein wie möglich sein sollte . Sie haben diese riesigen Kupfergüsse, die über L3 und C3 hinausragen. Werden Sie sie los, Sie haben bereits Kupfer, das vom Chip zu den Komponenten fließt, gehen Sie nicht an ihnen vorbei.
2. Gleiches gilt für die GND-Zone, die über C4, R3, R2 hinausragt. Wenn Sie es loswerden, können Sie L3, C3 viel näher am Chip platzieren , was die zweite Regel für diese Konverter ist. Vergessen Sie nicht, auch C2 so nah wie möglich zu bewegen.
3. Fügen Sie thermische VIAs zur GND-Spur unter dem Chip hinzu.
4. Entfernen Sie den thermischen Abstand an den GND-, VIN- und VOUT-Zonen, die mit den Wandlerkomponenten verbunden sind. Sie begrenzen die Wärmeableitung UND die Strombelastbarkeit dieser kritischen Spuren. Trennen Sie diese Zonen von denselben Netzen, wenn Sie den thermischen Abstand zum Rest des Stromkreises beibehalten und Zonen außerhalb der Teile des Konverters verbinden möchten.
5. Wenn Sie schon dabei sind, empfehle ich, den thermischen Abstand und den Leiterbahnabstand für den Rest der Schaltung zu erhöhen . Oben und unten. Diese Schnurrhaare zwischen den Stiften sind unverschämt und einige Spurenabstände sind besorgniserregend.

3,3 μH ist zu wenig für Ihre Anwendung (Sie haben wahrscheinlich die typische Anwendungsschaltung aus dem Datenblatt kopiert).

Der errechnete Wert beträgt 5,8 μH. Ich weiß nicht, welchen Pi Sie verwenden, aber je nach Modell kann ein RaspPi beim Start zu viel Strom ziehen. Sie sollten also eine höhere Induktivität mit höherem Sättigungsstrom verwenden. Auch sollten Sie bei der Auswahl des Induktors die SRF des Induktors berücksichtigen.