WS2818 und PT4115 - Fragen zum Layout

[Bastian M. (Gast)]

Hallo allerseits,

ich möchte eine Platine entwickeln, die einen WS2818-IC und drei 
Konstantstrommquellen auf Basis des PT4115 vereint. Laufen soll das 
ganze mit 12V-18V. Die Pins an der Oberkante sind so angeordnet, dass 
man ein Wemos D1 mini Board mit einem ESP8266 einfach aufstecken kann. 
Der Trick an der Platine ist, dass man durch das Schließen von 
Lötjumpern zwischen vier verschiedenen Ausgangsströmen (330 mA, 500 mA, 
700 mA, 870 mA) wählen kann.

Platinen und Bauteile möchte ich bei JLCPCB bzw. LCSC bestellen, 
entworfen wurde das ganze mit EasyEDA.

Bevor ich das ganze bestelle, wäre es jedoch schön, wenn nochmal jemand 
einen Blick drauf wirft, und mir sagen kann, ob das ganze so 
funktionieren dürfte.

Zum Schaltplan:

Auf der linken Seite sind die drei Konstantstromquellen, basierend auf 
dem PT4115. Die Induktivität der Spule ist so gewählt, dass sie für alle 
gewählten Ausgangsströme im zulässigen Bereich liegt. Der 
Sättigungsstrom der Spule soll etwa 30-50% Puffer zum Ausgangsstrom 
haben, das ist bei allen Optionen problemlos gegeben, nur bei 870 mA 
kratzt es an der 30%-Marke.

Als Schaltdiode kommt eine DSU24 zum Einsatz, diese ist bis 2A 
spezifiziert und sollte ausreichen.
Das Datenblatt des PT4115 verlangt einen niedrigen Leckstrom in 
Sperrrichtung, bin da mit 1 mA bei 25°C und 20 mA bei 100 °C auf der 
sicheren Seite? Die in vielen anderen Projekten eingesetzte SS14 hat 
zwar nur halb so hohe Werte, ist aber nur bis 1 A spezifiziert.

Als Pufferkondensator kommt ein Kerko mit 10µF/25V zum Einsatz, 
zusätzlich außerdem pro PT4115 ein bedrahteter Elko mit 100 µF/25V, der 
jedoch nicht im Schaltplan eingezeichnet ist, da er direkt auf die 
Platine gelötet wird.

Der DIM-Pin des PT4115 scheint sehr empfindlich zu sein (Überspannung 
und ESD), deswegen wird im Netz vorgeschlagen, ihn mit einem Widerstand 
und einer Zener-Diode mit 5,1V zu schützen. 
(http://blog.spitzenpfeil.org/wordpress/projects/pt4115-led-square/)

Die drei Widerstände sind so gewählt, dass sich durch Parallelschaltung 
die gewünschten Stromstärken ergeben. Deswegen ist der 
0,3-Ohm-Widerstand auch immer angeschlossen.

Auf der rechten Seite des Schaltplans ist oben der WS2818, eine 
Weiterentwicklung des WS2811 mit einem zusätzlichen Eingangspin, der an 
den vor-vorherigen WS2818 angeschlossen wird. So fällt nicht die gesamte 
Kette aus, wenn ein WS2818 seinen magischen Rauch verströmt.

Die Diode am Spannungseingang des WS2818 dient der Reduktion der 
Eingangsspannung auf 4,3 V (0,7 V Spannungsabfall an der Diode). Dies 
ist ein Trick, damit der WS2818 auch mit einem Eingangssignal mit 3,3 V 
Pegel funktioniert, und somit problemlos mit dem aufgesteckten ESP8266 
funktioniert. 
(https://hackaday.com/2017/01/20/cheating-at-5v-ws2812-control-to-use-a-3-3v-data-line/)
Was ich mich dabei frage: Laut Datenblatt ist der maximale Eingangspegel 
des WS2818 VDD+0,5. Wenn nun ein Arduino oder ähnliches mit 5 V Pegel 
als Signalquelle fungiert, wird der WS2818 dann zerstört? Einerseits 
liegt der Eingangspegel dann bei VDD+0,7, und damit 0,2 V über dem 
zulässigen Eingangspegel, andererseits ja bei 5 V, also der Spannung, 
für die der WS2818 spezifiziert ist.
Notfalls müsste man die Diode eben entfernen und durch eine kleine 
Drahtbrücke ersetzen, wenn man eine MCU mit 5 V Pegel einsetzen will.
Der 100 Ohm Widerstand soll Spannungsspitzen vom WS2818 fernhalten, der 
100 nF Kerko ist der übliche C für jeden IC.
Der 33 Ohm Widerstand dient der Impedanzanpassung des Ausgangs und 
entspricht der Empfehlung im Datenblatt.

Das Problem bei der Verschaltung von WS2818 und PT4115 ist, dass das 
PWM-Signal des WS2818 aktiv low ist, der PT4115 jedoch aktiv high 
erwartet. Um das zu lösen gibt es die drei Pullup-Widerstände und die 
Tranistoren. Diese Schaltung ist übernommen von einem anderen Projekt 
mit WS2811 und PT4115. (https://github.com/stampedeboss/PixiFlood)

Die drei Kerkos parallel zu den LEDs dienen der Glättung der 
Ausgangsspannung und machen sie sinusförmiger. Im Datenblatt ist von 1 
µF oder mehr die Rede, mit 2,2 µF/25V sollte ich auf der sicheren Seite 
liegen. Angesichts der Tatsache, dass vermutlich mehrere dieser 
LED-Treiber-Platinen eingesetzt werden, eventuell auch in größeren 
Abständen, ist dies sicher eine sinnvolle Maßnahme.

Als LDO für den WS2818 kommt ein Seaward SE8550 zum Einsatz. Dieser ist 
angenehm günstig (4 Cent), klein (SOT-23), kann hohe Eingangsspannungen 
ab (35V) und liefert 250 mA, was für den WS2818 und einen ESP8266 
ausreichen sollte.

Zur Platine:

Ich habe versucht, alles auf eine zweilagige Platine mit 30x45 mm zu 
quetschen, da ich so mit Panelizing bei JLCPCB 60 Platinen (2*3*10) für 
2$ plus Porto bestellen kann.

Ich bin mir allerdings nicht ganz sicher, ob das Layout so in Ordnung 
ist. Ich habe versucht, die +12V und GND für jeden PT4115 möglichst 
breit zu machen, mit einer einzelnen Verbindung zur auf der Rückseite 
liegenden Spannungsversorgung, die gleichzeitig auch die Anschlüsse für 
die Elkos darstellt.

Außerdem ist die Schleife für den Shunt-Widerstand zur Strommessung so 
klein wie möglich.

Die Signalleitungen sind möglichst weit entfernt von den 
Konstantstromquellen.

Die Elkos sollen auf 90° gebogen werden, und dann über den Spulen 
liegen.

Die Leitungen für +12V und GND auf der Rückseite sind so breit wie 
möglich, da bei der Serienschaltung der einzelnen Platinen hier einiges 
an Strom fließt.

Die LEDs selbst werden über Kabel angeschlossen und können dadurch 
leichter auf einen Kühlkörper montiert werden.

Könnte die Platine so funktionieren, oder muss ich das Layout nochmal 
überarbeiten?

Ciao,

Bastian

[Bastian M. (spatz)]

PS: Den Fehler, dass die Leiterbahn unten rechts durch das Montageloch 
durchtrennt wird habe ich bereits entdeckt und behoben, außerdem habe 
ich den Abstand der Leiterbahn zum Platinenrand noch ein bisschen 
erhöht, und dafür auch die obere Verbindung zwischen 12V-Anschluss und 
LDO unterhalb der Anschlusspins entlang geführt.

[H. (Gast)]

Der Lötstoplack zwischen L1,2,3 und den benachbarten Teilen könnte etwas 
knapp bemessen sein, evtl. bleibt da nach Fertigung nicht mehr davon 
übrig. Wieviel Strecke ist das?

[Bastian M. (spatz)]

Der Abstand zwischen den Pads der Spulen und den benachbarten Pads 
beträgt mindestens 30 mil...