Hallo alle zusammen, ich möchte für eine Lampe aus bis zu drei 3W-LEDs eine Stromquelle bauen. Sie soll vor allem möglichst effizient sein, aber auch von den Ausmaßen möglichst klein. Betrieben wird das ganze von einem 14.4V LiIon-Akku. Das Design basiert auf einem MAX1640, soll Ströme zwischen etwa 350 und 1000 mA liefern. Der Strom wird mit einem digitalen Poti eingestellt, das vom MAX15006 mit Spannung versorgt wird. Was haltet ihr von dem Layout? Kann es so funktionieren? Was kann man noch verbessern? Da es mein erstes Layout ist, bitte ich um Kritik jeder Art. Freue mich immer, etwas zu lernen. Alex
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Sieht erstmal recht gut aus. Allerding fehlt ein Schaltplan, um beurteilen zu können, ob die kritischen Komponenten günstig platziert sind. MfG Falk
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Falk Brunner wrote: > Sieht erstmal recht gut aus. Allerding fehlt ein Schaltplan, um > beurteilen zu können, ob die kritischen Komponenten günstig platziert > sind. Wow, das ging ja schnell. Hier noch der Schaltplan.
Hat noch jemand Anmerkungen oder Verbesserungsvorschläge? Grüße Alex
Lassen sich die Vias in der Fläche rechts ohne Thermals löten? Ich habe die EP 5 von Reichelt. http://www.reichelt.de/?ARTICLE=55440
Ich würde alle Vias mit Thermals anbinden... vereinfacht das Löten
... ... wrote:
> Ich würde alle Vias mit Thermals anbinden... vereinfacht das Löten
Das Problem wäre, dass mir die Thermals die schöne Leiterfläche
zerstören. Wäre schade, weil ich überall auf möglichst niedrige Impedanz
geachtet habe.
Oder wäre es in der Anwendung nicht so wichtig? Ich lese immer von der
enormen Bedeutung des Layouts bei Schaltreglern.
Grüße Alex
Das kommt zum Teil auch auf die Dimension an, sprich wie hoch dein di/dt usw. ist. Hast du mal daran gedacht die Wärmefallen raus zu nehmen ? Da fällt mir grad ein, bei den Referenz Layouts von Linear werden die auch nicht genutzt.
Scherbo wrote: > Das kommt zum Teil auch auf die Dimension an, sprich wie hoch dein di/dt > usw. ist. Laut Datenblatt des MAX1640 müsste der I_ripple bei 0.1 A liegen und die Schaltfrequenz bei 160 KHz. Genauer kann ich dI/dt leider nicht spezifizieren. > Hast du mal daran gedacht die Wärmefallen raus zu nehmen ? > Da fällt mir grad ein, bei den Referenz Layouts von Linear > werden die auch nicht genutzt. Welche Wärmefallen meinst du?
>Welche Wärmefallen meinst du? Die um die SMD-Pads und Pins und vias. >I_ripple bei 0.1 A liegen und die >Schaltfrequenz bei 160 KHz. Hm.. Größenordnung 35kA/s
> Hast du mal daran gedacht die Wärmefallen raus zu nehmen ? > Da fällt mir grad ein, bei den Referenz Layouts von Linear > werden die auch nicht genutzt. > Die um die SMD-Pads und Pins und vias. Stimmt, in den Layouts von Linear, die ich finde, sind oft keine Thermals vorhanden. Nun sind deren Layouts nicht unbedingt für den Lötkolben ausgelegt. Die Platine will ich zu Hause ätzen, also ohne Durchkontaktierungen. Den Vias sollte es nicht viel ausmachen, wenn ich da ordentlich mit dem Lötkolben draufbrutzle. Aber ICs und dergleichen möchte ich eine solche Behandlung ersparen. >>I_ripple bei 0.1 A liegen und die >>Schaltfrequenz bei 160 KHz. > > Hm.. Größenordnung 35kA/s Habt ihr einen Tipp, wo ich gezielter nach Informationen suchen kann? Leider sagt mir dieser Wert jetzt nicht viel, insbesondere in Bezug auf die Effizienz des Layouts. Wird die Akkuenergie mit dem Layout effizient (möglichst > 90%)in die LEDs gepumpt, oder baue ich gerade einen Störsender?
@Alexander Schöne Arbeit, aber wie wird die Platine befestigt? Bohrungen konnte ich nicht erkennen. Deine Leiterbahnen wirken zu den Zwischenräumen etwas dick. Wenn du die schmaler machst gewinnst du etwas mehr Clearance. Die quadratische Via ungefähr in der Mitte könnte beim Löten zu der benachbarten Leiterbahn über die Ecke nen Kurzen verursachen. Besser wäre ein Runder oder Achteckiger. Das mit den Thermals wurde ja schon genannt. Bei Ofenlöten wäre es egal aber bei Handlöten brauch man ne dicke kurze Spitze um da einigermaßen gute Lötstellen hinzubekommen. Da wären Thermalvias nicht die falsche Wahl.
Angenommen dein Controller hat eine fixe Schaltfreq., kannst du in Kombination mit deiner gewählten Drossel über das Induktionsgesetz dein di/dt bestimmen. Die Kenntnis deines di/dt ist beim Layouten wichtig, zumindest dann wenn man dahingehend optimieren möchte. Deswegen wird immer wieder darauf hingewiesen, dass in diesen Kreisen auf eine möglichst kleine Stromschleife und niederimpedante Auslegung geachtet wird.
@scherbo: Wieso ist die Kenntnis des dI/dt wichtig fürs Layouten? Ist es nicht besser, grundsätzlich kleinstmögliche Stromschleifen & nierigstimpedant zu layouten?
Ich sehe das so, wenns Platzprobleme gibt, kann man gewisse Kompromisse eingehen, dazu ist es ganz interessant wenn man das di/dt hat um so evtl. Übersprechen abschätzen zu können. Das hört sich wie Erbsenzählerei an, ist es auch :)
>Das hört sich wie Erbsenzählerei an, ist es auch :)
JEIN, Platzprobleme gibt es doch immer, das mit dem Übersprechen
bezüglich EMV ist halt auch immer ein Problem. Ich versuch immer 1mm
Abstand einzuhalten, da bin ich meistens auf der sicheren Seite, das da
nix einstrahlt. Aber immer hab halt die 1mm nicht.
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Erstmal danke für all die konstruktiven Hinweise! Ich habe sie soweit mir möglich ins Layout einfließen lassen. AC/DC wrote: > Schöne Arbeit, aber wie wird die Platine befestigt? > Bohrungen konnte ich nicht erkennen. Derzeit gibt es noch keine Befestigungsvorrichtungen. Das Gehäuse wird wohl eher um die Platine herum konstruiert. Am Ende soll es eine Fahrrad- bzw. Helmlampe werden. Daher auch der Platzmangel. > Deine Leiterbahnen wirken zu den Zwischenräumen etwas dick. > Wenn du die schmaler machst gewinnst du etwas mehr Clearance. Stimmt. Die nicht stromführenden Bahnen habe ich nun von 16 auf 12 mil runtergesetzt. Wird so besser ätz- und lötbar. > Die quadratische Via ungefähr in der Mitte könnte beim Löten > zu der benachbarten Leiterbahn über die Ecke nen Kurzen > verursachen. Besser wäre ein Runder oder Achteckiger. Auch verbessert. Danke für den Hinweis. > Da wären Thermalvias nicht die falsche Wahl. Die Vias werde ich erstmal ohne Thermals lassen, sonst werden die Füllflächen zu sehr aufgerissen. Ist doch mal eine gute Lötübung ;) Leider kann ich aus dI/dt = 35 kA/s immer noch nicht viele Rückschlüsse aufs Layout ziehen. Werd mich demnächst, wenn mehr Zeit über ist, ins Thema einlesen. Grüße, Alex
Irgendwie kommt es mir so vor, als hätte Scherbo noch NIE einen Step-Down gebaut. Zumindest nicht in dieser Größenordnung oder Frequenz. Sonst kömen hier nicht so halbgare Weisheiten... Der kritische Teil ist der Eingang und nicht der Ausgang. Die Stromanstiegsgeschwindigkeit liegt da noch bedeutend über den genannten 35 kA/s, und zwar genau in dem Augenblick wenn der Transistor am Eingang einschaltet. Der Strom durch den Transistor muss in wenigen ns auf 1 A steigen! Da ist die Einheit kA/s schon fast nicht mehr zu gebrauchen ;) Dazu ist eine gute Abblockung notwendig. Ich würde noch einen X7R oder X5R Kerko mit mindestens 10µ und einer Nennspannung > 150% der Eingangsspannung spendieren und direkt am FET platzieren. Die Schaltung wird auch ohne funktionieren, aber aus EMV-Sicht wäre es nicht verkehrt. Ansonsten schauts recht ordentlich aus :)
Karl wrote: > Dazu ist eine gute Abblockung notwendig. Ich würde noch einen X7R oder > X5R Kerko mit mindestens 10µ und einer Nennspannung > 150% der > Eingangsspannung spendieren und direkt am FET platzieren. Die Schaltung > wird auch ohne funktionieren, aber aus EMV-Sicht wäre es nicht verkehrt. Die beiden großen eingangsseitigen Tantals sind jeweils 22µF, 35V mit 200mOhm ESR. Würde es sich lohnen, den beim FET durch einen X5R Kerko mit 10µF und 35V zu ersetzen? (Farnell Bestellnummer 1463373) Zusätzlich passt er leider nicht rein. > Ansonsten schauts recht ordentlich aus :) Danke. Sowas hört man gern beim ersten Schaltregler-Layout :)
25 V reichen bei 14,4 V Eingangsspannung schon aus. Selbst einer mit 10 V geht ziemlich sicher nicht kaputt, er hat nur nicht mehr die angegebene Kapazität. Ersetz doch beide durch 22µ X7R in 1210. Sollte locker hinpassen und allemal besser als die Tantal-Ungetüme ;). Sind die Werte aus einem Datenblatt?
Karl wrote: > 25 V reichen bei 14,4 V Eingangsspannung schon aus. Selbst einer mit 10 > V geht ziemlich sicher nicht kaputt, er hat nur nicht mehr die > angegebene Kapazität. Nach dem, was ich über Kerkos weiß, verlieren sie dramatisch an Kapazität, je näher man der spizifizierten Spannung kommt. > Ersetz doch beide durch 22µ X7R in 1210. Sollte locker hinpassen und > allemal besser als die Tantal-Ungetüme ;). Ist ein bisschen teuer.. Zumindest finde ich nichts bei Farnell. Mir ist gerade aufgefallen, dass statt des einen Tantal zwei 10µ 35V X5R reinpassen. Nur leider finde ich keine Informationen, wie sich ein X5R verhält (ESR, tatsächliche Kapazität, maximaler Ripple, ...) > Sind die Werte aus einem Datenblatt? Ja, es sind KEMET T495D226K035ATE200. http://www.farnell.com/datasheets/96417.pdf
Genau so ist es :(, aber 25V Typen bei 14 V sollten ok sein. Hab doch auch grad bei Farnell gesucht... Klingt doch auch ok. Da es sich wohl um ein Einzelstück handelt käme auch eine Huckepack-Bestückung in Frage. X5R ist normalerweise auch gute Keramik. Keine Einwände. Ich meinte eigentlich die Kapazitätswerte, also ob die Scahltung aus einem Datenblatt kommt.
Was ist daran bitte halbgar ? Oder willst du hier nur dein ego aufwerten indem du den Besserwisser raushängen lässt ? Das man an den Eingang am besten noch nen LC Filter hängt ist mir auch klar du Nudel ...
Karl wrote: > Genau so ist es :(, aber 25V Typen bei 14 V sollten ok sein. > > Hab doch auch grad bei Farnell gesucht... Wenn man Lieferung aus USA und nicht lagernde Produkte ausschließt, bleibt nicht viel über. > Klingt doch auch ok. Da es sich wohl um ein Einzelstück handelt käme > auch eine Huckepack-Bestückung in Frage. Stimmt, würde eigentlich auch gehen. > X5R ist normalerweise auch gute Keramik. Keine Einwände. Wo kann ich Daten zu X5R finden? Also die oben genannten Punkte: ESR, maximaler Ripple usw. > Ich meinte eigentlich die Kapazitätswerte, also ob die Scahltung aus > einem Datenblatt kommt. Im Datenblatt zum MAX1640 ist als Eingangs-C ein 47µ low-ESR Tantal vorgeschlagen.
@Alexander >Nach dem, was ich über Kerkos weiß, verlieren sie dramatisch an >Kapazität, je näher man der spizifizierten Spannung kommt. Ach ja? Warum denn? Was sich verändert ist nur der kapazitive Blindwiderstand. Kapazitätsänderungen treten allenfalls durch Alterung oder Überspannung auf was dem Kondensator dann meist das Leben kostet. Meintest du das vielleicht?
AC/DC wrote: >>Nach dem, was ich über Kerkos weiß, verlieren sie dramatisch an >>Kapazität, je näher man der spizifizierten Spannung kommt. > > Ach ja? Warum denn? Was sich verändert ist nur der kapazitive > Blindwiderstand. Kapazitätsänderungen treten allenfalls durch Alterung > oder Überspannung auf was dem Kondensator dann meist das Leben kostet. > Meintest du das vielleicht? Nein, ich meinte tatsächlich die Charakteristik der Kondensatoren bei Betrieb mit DC-Bias. Also genau die hier geforderte Anwendung. Allerdings gilt meine Aussage in der dramatischen Version eher für Y5V-Keramik. Bei X7R ist es nicht so schlimm bei Spannungen <100V. Siehe zum Beispiel http://www.murata.com/catalog/c02e.pdf Seite 32. Wie es bei X5R steht, muss ich noch rausfinden. Aber dank deiner Frage habe ich nun endlich die Charakteristiken gefunden. Im TDK Compunent Viewer kann man sich viele relevante Diagramme für deren Kondensatoren anzeigen lassen. Wird bei anderen Herstellern nicht viel anders sein für die gleiche Keramik. http://www.tdk-components.de/en/design-tools/ccv/index.php Beim C4532X5R1E106KB (10µ, X5R, 25V) sinkt die brauchbare Kapazität bei 20V Bias auf 70%.
@ Scherbo >Was ist daran bitte halbgar ? Oder willst du hier nur >dein ego aufwerten indem du den Besserwisser raushängen lässt ? >Das man an den Eingang am besten noch nen LC Filter hängt >ist mir auch klar du Nudel ... Getretene Hunde jaulen, gelle... Halbgar ist, dass du die Stromanstiegsgeschwindigkeit IN DER SPULE berechnen willst. Die ist aber wenns ums Layout geht vergleichsweise unerheblich, weil die paar cm Zuleitungen zu der Induktivität nichts wesentliches beitragen. Dementsprechend ist dein Buzzword-Bingo von "optimieren" und "niederimpedant" für die Katz. Du willst "Übersprechen abschätzen", gibst aber keinerlei Hinweis wie man das macht. (Zumal sich die Frage stellt, ob man noch von "Übersprechen" reden kann, wenn es einem die ganze Masse verhagelt. Den "Besserwisser" nehm ich nicht als Beleidigung, denn in dem Fall weiß ich es einfach besser als du. Die Nudel find ich nicht so witzig, weil es schlicht keine ausreichend große gibt, die zu mir passen würde :P Trag doch einfach mal was konkretes bei! BTT Macht einen Unterschied, ob das EIN C ist oder zwei. Der weiter entfernte ist praktisch wirkungslos oder zumindest nicht so gut wie er sein könnte. Aber wie gesagt: Die Schaltung wird trotzdem funktioneren. Kannst ja mal über 20 µ Huckepack und nen dicken Tantal nachdenken. Im übrigen bekommt man mit 10 nH/cm erstaunlich realitätsnahe Simulationsergebnisse...
Wenns dir die Masse verhagelt hast du keine Ahnung vom Layouten, so seh ich das ... Du sagst mir, ich solle was konstruktives beitragen, redest aber selber von mehreren cm zur Ind. die nichts beitragen sollen ? An deiner Stelle würd ich in den nächsten Tagen meinen Rücken nicht ungedeckt lassen, kann sein das Jim Williams hinter dir steht, dann wars das ...
Muhaha. DAS nennst du konstruktiv? Der geneigte Leser kann ja gerne selbst rechnen: X µH für die Spule + 10 nH/cm für die Zuleitung. Da kann man laaaange Zuleitungen ZUR SPULE machen bevor man in die Größenordnung der eigentlichen Spule kommt. Außerdem ging es um die Induktivität der Zuleitung vom Eingangs-C bis zum FET im Bezug auf eine Simulation. EOD für mich. http://en.wikipedia.org/wiki/Jim_Williams ?
>Das man an den Eingang am besten noch nen LC Filter hängt
Das ist oft eine schlechte Idee, denn der LC-Filter stellt einen prima
Schwingkreis dar, der durch den Schaltregler angeregt wird. Wenn die
Frequenz des Schaltreglers paßt, schwingt der Filter prima. Oft reichen
auch schon parasitäre LC-Filter für solche Dreckeffekte (d.h. Zuleitung
+ Eingangs-C). Deshalb sind häufiger Serien-R's im Eingang zur Dämpfung
zu finden - freilich zu Lasten des Wirkungsgrads.
naja, nach 2 Jahren ohne Reklamation wird es wohl funktioniert haben..
Hallo, nachdem ja, jetzt vor einiger Zeit, zum übergroßen Teil bestätigt wurde das dein Layout gut ist und deine Entwicklung wohl auch läuft würde ich gerne nachfragen ob du die Layoutdateien des Bords hier posten würdest da sicher nicht nur ich gerne diese Konstantstromquelle nachbauen würden. Habe zwar schon eine (Schaltregeler-) konstantstomquelle (mit LM2576) auf Lochraster nachgebaut die auch gut funktioniert aber leider wesentlich größer als deine Entwicklung ist. mfg Dirk
Schnorrer ;-) schrieb: > nachdem ja, jetzt vor einiger Zeit, zum übergroßen Teil bestätigt wurde > das dein Layout gut ist und deine Entwicklung wohl auch läuft würde ich > gerne nachfragen ob du die Layoutdateien des Bords hier posten würdest > da sicher nicht nur ich gerne diese Konstantstromquelle nachbauen > würden. Dirk, leider muss ich gestehen, dass die Stromquelle immer noch nicht läuft. Die Platine ist zwar längst aufgebaut, lief aber nicht richtig. Ich fürchte, der 20mΩ Strommesswiderstand ist dem MAX1640 zu klein, weswegen der nur verwirrt mit einigen KHz zwischen Anlaufen und Abschalten o.ä. gewechselt hat. Wegen anderer Verpflichtungen ist die Platine bis heute ohne weitere Analyse liegengeblieben. Tatsächlich wollte ich im März wieder mit ihr weitermachen. Im Anhang findest du eine spätere Version des Layouts im Eagle-Format. Allerdings muss ich dazusagen, dass ich sie inzwischen anders aufbauen würde. Man lernt ja sazu mit der Zeit.
Alex H. schrieb: > Ich fürchte, der 20mΩ Strommesswiderstand ist dem MAX1640 zu klein, > weswegen der nur verwirrt mit einigen KHz zwischen Anlaufen und > Abschalten o.ä. gewechselt hat. Du brauchst einen gewissen Rippel im Strom, auf den der IC Regeln kann. Der MAX1641 braucht nur etwa halb so viel - dem könnten 50mVpp schon reichen. Als ersten Anlauf also einfach mal die Spule kleiner machen.
Michael H. schrieb: > Du brauchst einen gewissen Rippel im Strom, auf den der IC Regeln kann. > Der MAX1641 braucht nur etwa halb so viel - dem könnten 50mVpp schon > reichen. > Als ersten Anlauf also einfach mal die Spule kleiner machen. Woher hast du diese Angabe? Ich habe damals das Datenblatt rauf- und runtergelesen, aber einen solchen Unterschied zwischen MAX1640 und 41 habe ich nicht in Erinnerung. Die Spule ist mit ihren 150µH gemäß Datenblatt dimensioniert. Iripple sollte bei 200mApp liegen, wenn mich die Erinnerung nicht trügt. Das macht selbst bei 100mΩ Widerstand nur 20mVpp, die dem MAx1640 also laut DB ausreichen sollten. Ich wollte zunächst einen größeren Widerstand ausprobieren. Das gibt dann weitere Erkenntnis. Wo wir schon dabei sind: Weiß jemand, was die Angabe "Quarter-Scale Current-Sense Threshold" im Datenblatt bedeutet? Ein Support-Engineer von Maxim, falls es denn einer war, konnte oder wollte es jedenfalls nicht beantworten.
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