Bewährte Layout-Konzepte für Schaltnetzteile

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Beta LAYOUT GmbH

Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Analoge und Schaltsignale separieren

Leistungs-Drosseln, Übertrager, MOSFETs und Gleichrichter sind vorzugsweise in möglichst großer Entfernung zu Leiterbahnen und Schaltungen mit pegelschwachen analogen Signalen zu platzieren, damit möglichst wenig Störungen von den Leistungs-Bauteilen in die analogen Kleinsignal-Schaltungen einstreuen. Können Leistungs-Schaltbausteine und analoge Bauelemente aus Platzgründen nicht separiert werden, sollten sie zumindest auf entgegen gesetzten Seiten einer mehrlagigen Leiterplatte angeordnet werden.

Eine Massefläche auf einer der inneren Lagen kann dann als Abschirmung zwischen den beiden Schaltungsteilen fungieren. Dabei muss diese Ground-Plane-Struktur so mit der übrigen Schaltung verbunden werden, dass möglichst keine oder allenfalls nur geringe Ströme in ihr fließen und sie somit keine elektrischen Störungen aufweist. Nur wenn diese Bedingung erfüllt ist, kann sie als rauscharmer Referenz-Knoten betrachtet werden. Ferner ist dafür zu sorgen, dass sämtliche hohen Schaltströme auf breiten Kupferflächen auf der obersten Leiterplattenlage fließen.

Bei einer vierlagigen Leiterplatte empfiehlt sich folgende Lagenanordnung: Die obere Lage beherbergt alle Leistungs-Bauteile sowie die Kupferstrukturen, in denen hohe Ströme fließen. Auch Kleinsignal-Bauteile können auf dieser Lage platziert werden. Als zweite Lage schließt sich eine störungsfreie Ground-Plane an, die von keinen hohen Strömen durchflossen wird. Die dritte und die vierte Lage können sich aus Leistungs- und Kleinsignal-Leiterbahnen zusammensetzen. Die unterste Lage sollte nur mit kleinen Bauteilen bestückt werden. Zur Verbesserung der thermischen Eigenschaften ist es anzuraten, möglichst große Bereiche sämtlicher Lagen mit Kupfer auszufüllen.

Vias – (Lagen)trennend und (Leiterbahnen)verbindend

Auch wenn das Zusammenfassen aller Pfade mit hohen Stromstärken auf der obersten Leiterplattenlage wünschenswert ist, können die Größe der Leiterplatte, das Routing und Restriktionen bezüglich der Platzierung der Bauelemente in der Praxis ein Abweichen von dieser Regel erzwingen. In diesem Fall müssen Vias die verschiedenen Lagen miteinander verbinden und mehrere Lagen parallel schalten, damit größere Ströme zwischen den verschiedenen Bauelementen fließen können.

Zum Verbinden von Hochstrom-Pfaden auf verschiedenen Lagen sollten stets mehrere Vias vorgesehen werden. Microvias sind für Ströme bis zu je 1 A geeignet. Vias mit Durchmessern von 14 mil (0,36 mm) oder mehr ermöglichen bis zu 2 A, und Vias mit einem Durchmesser von 40 mil (1,02 mm) oder mehr sollten mit höchstens 5 A belastet werden. Es sollte die Möglichkeit vorgesehen werden, Vias mit Lot aufzufüllen, da dies die Wärmeverteilung begünstigt. Zwischen den Vias sollten Kupfergassen in Richtung des Stromflusses belassen werden.

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