Bewährte Layout-Konzepte für Schaltnetzteile

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Beta LAYOUT GmbH

Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Analoge Bauelemente platzieren

Analoge Bauteile für Regelfunktionen sollten als letzte platziert und geroutet werden, da sie nur wenig Platz benötigen und mit schmalen Leiterbahnen auskommen. Eine Möglichkeit der Partitionierung ist die Bildung nach Funktion gegliederter Untergruppen, die dann geroutet werden. Zum Beispiel bietet es sich an, sämtliche Bauelemente, die zum Feedback-Kompensations-Netzwerk gehören, in einer Untergruppe zusammenzufassen. Bypass-Kondensatoren, Softstart-Kondensator und der frequenzbestimmende Widerstand können eine weitere Untergruppe bilden. Im Normalfall werden diese Untergruppen mit dem PWM-Controller (oder einem anderen IC) verbunden, weshalb sie möglichst nah an diesem Baustein platziert oder zumindest möglichst direkt mit ihm verbunden werden sollten.

Dies gilt ganz speziell für die Entkoppel-Kondensatoren, die unmittelbar neben dem Pin, den sie entkoppeln sollen, anzuordnen sind. Die Kondensatoren müssen unbedingt an die Pins angeschlossen werden und dürfen nicht etwa irgendwo an den mit diesen Pins galvanisch verbundenen Ground- oder Power-Planes platziert werden.

Alle großen Bauteile wie etwa MOSFETs, Gleichrichter, Elektrolytkondensatoren, Induktivitäten und Steckverbinder sind auf der Oberseite der Leiterplatte zu montieren, damit sie bei der Reflow-Lötung nicht abfallen. Die Unterseite der Platine ist dagegen den kleinen Bauelementen vorbehalten, die von der Oberflächenspannung des Flussmittels fixiert werden, bis sie angelötet werden.

Besonders wichtig: Getrennte Masseverbindung

Beim Routen der Schaltungen in der Umgebung des Controller-IC muss darauf geachtet werden, dass die Masseverbindung für die analogen Kleinsignal-Bauelemente getrennt von der Masse für die Leistungsbausteine mit ihren hohen Schaltströmen angelegt wird. Empfehlenswert ist es, die Regelschaltungen auf einer lokalen Masseinsel zu bündeln, die anschließend an nur einem Punkt – vorzugsweise am Eingangs-Kondensator – mit dem übrigen System verbunden wird.

Diese Strategie hilft, die analoge Masse störungsfrei zu halten. Sollte die Bildung einer Masseinsel bei einigen oder bei allen diesen Bauelementen nicht möglich sein, können die Masse-Pins der betreffenden Bausteine in Daisy-Chain-Manier hintereinander geschaltet werden. Nach wie vor darf die Verbindung mit der Haupt-Masse jedoch nur an einem einzigen Punkt erfolgen.

Bauelemente, die an einer Seite mit einem hochohmigen und an der anderen Seite mit einem niederohmigen Knoten verbunden sind, sollten möglichst nah am hochohmigen Knoten angeordnet werden. Ein Beispiel sind die Widerstände zum Festlegen der Ausgangsspannung. Sie sind an der Ausgangs- und Masseverbindung an einen niederohmigen Punkt angeschlossen, während der Eingang des Fehlerverstärkers, an dem ihr anderer Anschluss liegt, einen hochohmigen Knoten darstellt. Entsprechend der soeben aufgestellten Regel sind die Widerstände unmittelbar am Fehlerverstärker zu platzieren. Um eine bestmögliche Ausregelung von Laständerungen zu erzielen, sollte eine separate Leiterbahn, über die kein Laststrom fließt, direkt zum Lastausgang des Netzteils führen, während der untere Anschluss des anderen Widerstands direkt mit der Analog-Masse des Chips zu verbinden ist.

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