Schaltregler-Layout-Tipps

Ich plane, einen Diodes AP5100- Schaltregler zu verwenden, um in meinem Stromkreis von ~ 22 V auf 12 V zu wechseln, was eine maximale Stromaufnahme von etwa 1 A haben wird. Dies ist mein erster Versuch, ein Schaltnetzteil auszulegen, und ich habe versucht, die Empfehlungen (unten doppelt zitiert) im Datenblatt so genau wie möglich zu befolgen.

"Der Eingangskondensator muss so nah wie möglich an den IN- und GND-Pins liegen."

  • Ich habe C1 in die Nähe von IN Pin 5 gelegt. Sollte ich versuchen, C1 näher an den Massepin 2 zu bringen?

"Die externen Rückkopplungswiderstände sollten neben dem FB-Pin platziert werden."

  • Die Rückkopplungswiderstände R1 und R2 befinden sich in der Nähe von FB-Pin 3. Ich könnte ihn bei Bedarf näher bringen.

"Diese Verbindungsimpedanzen sollten durch die Verwendung breiter, kurzer gedruckter Leiterbahnen minimiert werden."

  • Ich glaube, das ist gelungen.

Ich bin mir nicht sicher, ob es eine gute Idee ist, die Masseverbindung von R2 unter dem IC zu Massepin 2 zu führen? Vielleicht ist es besser, ein Via direkt zur Masseebene zu verwenden?

Außerdem bin ich mir nicht sicher, ob die Masseinsel zur Minimierung des Ground Bounce richtig ausgelegt ist oder überhaupt nötig ist. Es könnte die Dinge in Bezug auf EMI tatsächlich verschlimmern.

Ich denke, der Induktor , den ich verwenden möchte, könnte zu klein sein. Seine Stromstärke beträgt nur 1,6 A.

Bitte geben Sie Ratschläge zur Verbesserung des Layouts oder irgendetwas anderem.

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Überarbeitung Nr. 2

Danke an alle für all die Vorschläge und ich habe die folgenden Änderungen vorgenommen:

  • entfernt die Bodeninsel
  • bewegte L1 näher an Pin 6
  • Rückkopplung jetzt direkt von C2 gemessen
  • doppelte Durchkontaktierungen zur Masseebene für C1, D1 und C2 hinzugefügt
  • eine zweite GND-Verbindung hinzugefügt

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Fragen:

  • sollte die Masseverbindung von Pin2 auch mit einer doppelten Durchkontaktierung hergestellt werden?
Ein kleiner Vorschlag: Ziehen Sie in Betracht, zwei Erdungspads (GND) anstelle von nur einem zu haben. Dies vereinfacht das Anschließen eines Steckerpaares jeweils an Eingang (IN & GND1) und Ausgang (OUT & GND2). Ihre Masseebene hat ausreichend Platz, um die zusätzliche Masseverbindung zu ermöglichen.
Definitiv hilft die Bodeninsel bei diesem Design nicht. Meine Vorschläge: Fügen Sie einen zweiten GND-Pin hinzu, wie @Anindo sagte. Überprüfen Sie die Platzierung für L1 (etwas näher an D1 und IC1). Die Spannung, die Sie als Feedback messen möchten, ist die Spannung in C2. Leiten Sie also die Strecke von dort aus. Wie auch immer, guter erster Ansatz!
@JesúsCastañé Ich stimme zu, das ist ein großartiger erster Ansatz.
@user26200 Nach dem Update. Das zweite Layout sieht gut aus. Ich denke, Sie können Pin2 mit zwei Durchkontaktierungen verbinden. Sie erhalten in diesem Zusammenhang eine geringere Induktivität.

Antworten (2)

Allgemeine Informationen und Stromfluss

Der Abwärtswandler hat je nach Zustand des Schalters zwei Stufen. Der Schalter befindet sich in Ihrem Fall im IC und zwischen den Pins 5 und 6. Zeichnen wir die erste Stufe, in der der Schalter eingeschaltet und D1 in Sperrrichtung vorgespannt ist. Wie Sie sehen können, ist die Schleife groß, weil die Masseinsel begrenzt, wo der Strom fließen kann. Um eine kleinere Schleife zu haben, sollte es direkt unter der gelben Spur zurückgekehrt sein.

In der anderen Stufe, die hier nicht eingezeichnet ist, wird es wegen der Bodeninsel fast genauso sein.

Hier ist eine gute Lektüre zum Thema Ground Bounce.

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Über Rückkopplungswiderstände

Außerdem finden Sie hier eine sehr gute Lektüre zum SMPS-Layout, das auf Seite 14 einen Abschnitt über das Layout von Rückkopplungswiderständen enthält. Anstatt die C6-R1-Verbindung mit dem Pin von L1 zu verbinden, verbinden Sie sie mit dem Pin von C2. Dadurch wird die Menge an zusätzlichem Strom reduziert, die diese Schiene führt.

Über den Induktor

Ihr Induktor ist in Ordnung, wenn er bei 1,3 A nicht gesättigt ist, was im Datenblatt wie unten angegeben ist. Eine Induktivität mit 1,6 A Nennleistung reicht also aus. Das Erhöhen der Induktivität auf 10 uH kann Ihre Lichtlasteffizienz verbessern, aber wenn es einen höheren Gleichstromwiderstand bringt, dann haben Sie eine niedrigere Nennlasteffizienz.

Wählen Sie den Welligkeitsstrom der Induktivität so, dass er 30 % des maximalen Laststroms beträgt. Der maximale Drosselspitzenstrom errechnet sich aus:

ICH L M A X = ICH L Ö A D + Δ ICH L 2

Für die meisten Anwendungen wird eine Induktivität von 1 µH bis 10 µH mit einem Nennstrom von mindestens 25 % über dem maximalen Laststrom empfohlen.

Was zu tun ist?

Was ich empfehlen würde, ist, diese Insel vollständig zu entfernen und eine solide, ununterbrochene Grundebene zu haben. Fügen Sie außerdem mehrere Durchkontaktierungen direkt in der Nähe jedes geerdeten Stifts hinzu, z. B. direkt in der Nähe des Stifts von C2 auf der rechten Seite.

Eine weitere Sache zu sagen ist, dass Ihr Eingangskondensator C1 möglicherweise nicht ausreicht. Ich habe einmal einen Abwärtswandler mit einem TPS5450-Chip hergestellt, der im Datenblatt auch einen 10-uF-Eingangskondensator empfahl. Nach ein paar frittierten Chips stellte sich heraus, dass 10 uF nicht ausreichten. Ich würde empfehlen, 2 weitere Footprints hinzuzufügen, damit Sie später bei Bedarf einen 22uF und einen 100nF bestücken können.

Ich bin mit Ihrer Interpretation des Dokuments in Ihrem Link nicht einverstanden. Das Erdungsende von R2 MUSS direkt zum Erdungsstift auf dem Chip (Pin 2) zurückkehren. Wenn die Massespur zu C2 einen IoR-Abfall hat, wird dieser dem FB-Stift überlagert, und dies ist nicht erwünscht.
Sie haben Recht mit der Aussage "Referenz". Ich habe diesen Teil meiner Antwort bearbeitet.

C1, D1 und C2 (und L1)

C1, D1 und C2 führen große Ströme zur Masse und MÜSSEN vorrangig ihre Masseverbindung direkt an Pin 2 dieses Geräts herstellen. Keine Optionen dafür, wenn Sie möchten, dass es mit geringer Welligkeit arbeitet. Stellen Sie sich Pin 2 als Sternpunkt vor. Diese Masseverbindungen sollten idealerweise an Pin 2 zusammenkommen und nicht (z. B.) irgendwann zusammenkommen und eine gemeinsame Leiterbahn zu Pin 2 haben.

Verbindung D1 zu Pin 6 OK. C1 Verbindung zu Pin 5 OK. C2-Verbindung zu L1 OK, aber L1-Verbindung zu Pin6 kann kürzer sein.

Andere Sachen

R2-Tracking ist korrekt geroutet - direkt zurück zu Pin 2 auf der Masseseite - lassen Sie diesen Track keine anderen Ströme als die von R2 führen.

Ich würde mich nicht mit der Idee der Grundebene beschäftigen, die Sie haben - folgen Sie einfach dem, was ich gesagt habe, und haben Sie eine vollständige Grundebene.

Tatsächlich gibt es bei diesem Layout etwas mehr Strom als bei R2, den die Feedback-Bodenspur führt.
@abdullahkahraman Ich verstehe nicht, was Sie andeuten. Die R2-Erdungsverbindung MUSS zurück zu Pin2 gehen, und zwar ohne eine signifikante Verbindung zu anderen Erdungspunkten herzustellen.
Schauen Sie sich Pg an. 13 und 14 dieses Anwendungshinweises. Da der Rückkopplungsstift (Pin 3) des IC relativ zu den Rückkopplungswiderständen, wo der Strom fließt, sehr hochohmig ist, ist die Masse des IC in Bezug auf den Stromfluss nicht wichtig. Daher sollte der Masseanschluss von R2 besser zum Masseanschluss des Ausgangskondensators gehen über eine einsame Spur. Ich bin kein Experte, eigentlich bin ich ein Neuling in Sachen Elektronik, aber das verstehe ich aus dieser App-Note.
@abdullahkahraman Ich denke, Sie interpretieren 5 (c) mit dem, was ich sage, falsch - es impliziert, dass die "Sammlung" von Rückmeldungen auch IoR-Voltabfälle "sammelt". Ich befürworte dies nicht - ich befürworte einen Sternpunkt an Pin 2, also dort, wo R2 mit der Ausgangskappe in 5 (d) verbunden ist, das ist der Sternpunkt. Der Rückkopplungsverstärker in diesem Chip (und ich würde sagen, alle Umschalter mit Single-Ended-FB-Messung) stellt eine interne Referenz zur Spannung an Pin2 her, und daher sollte r2 direkt dorthin zurückkehren, ebenso wie der Ausgangskondensator.
Ach so ich verstehe. Was mir fehlte, war der "Bezugspunkt". Danke für den Hinweis.
Wenn Sie sagen, dass es Priorität hat, die Masseverbindungen an Pin2 zu befestigen, ist es dann in Ordnung, den Abstand von Pin 5 und 6 für diese Komponenten zu opfern (zu vergrößern)? Mit dem aktuellen Layout sehe ich keine Möglichkeit, sie optimal zu verbinden, ohne Dinge zu verschieben.
@ user26200 Du hast es richtig gemacht, du musst sie nicht super nah machen, obwohl es besser wäre, aber nicht kritisch.
@ user26200 Es gibt immer Kompromisse und hier kommt die Masseebene ins Spiel. Verwenden Sie das GP, um die Masseverbindungen für C1 und D1 herzustellen, aber versuchen Sie Ihr Bestes, um sicherzustellen, dass sie so nahe wie möglich an Pin 2 liegen. Verwenden Sie GP nicht für das Masseende von R2 - dies sollte eine Priorität für die direkte Verbindung mit Pin 2 sein. Also C1 in der Nähe von Pin 5 und GP verwenden, um eine Verbindung zu Pin 2 herzustellen (verwenden Sie doppelte Durchkontaktierungen für eine bessere Konnektivität) und D1 in der Nähe Pin 6 und GP auf Pin 2 (Double Vias etc. verwenden)
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