Wie das Boardlayout eines Schaltreglers gelingt

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Hierfür muss man aber zuerst wissen, bei welchen Pfaden des Schaltreglers sich der Stromfluss schnell ändert, also welche die kritischen ‚AC‘-Pfade sind.

Dafür gibt es einen einfachen Trick. Bild 1 zeigt einen synchronen (zwei aktive Schaltelemente) Abwärtswandler (Buck-Regler). In blauer Farbe ist der Stromfluss während der On-Zeit, also wenn der obere Schalter eingeschaltet ist, eingetragen. In grüner Farbe ist der Stromfluss während der Off-Zeit, also wenn der untere Schalter eingeschaltet ist, dargestellt.

‚AC‘-Pfade so kurz und kompakt wie möglich

Die kritischen ‚AC‘-Pfade sind die Pfade, in welchen sich der Stromfluss zwischen On-Zeit und Off-Zeit verändert. Also die Pfade, die nur einen blauen oder nur einen grünen Strich haben. In Bild 1 sind die kritischen Pfade mit roter Farbe gekennzeichnet. Die wichtigste Regel eines guten Platinenlayouts ist, die ‚AC‘-Pfade kurz und mit so geringer parasitärer Induktivität wie möglich auszuführen.

Bei einem Abwärtswandler wie in Bild 1 dargestellt muss man also den Eingangskondensator so nah wie möglich an den oberen Schalter sowie den unteren Schalter anbinden. Häufig wird die Masseverbindung vernachlässigt. Dabei handelt es sich bei dieser Masseverbindung aber tatsächlich um einen kritischen ‚AC‘-Pfad. Ebenfalls können wir erkennen, dass es vorteilhaft ist, einen synchronen Schaltregler mit beiden Schaltern integriert einzusetzen.

Dadurch ist die Verbindungsleitung ‚B‘ in Bild 1 mit sehr niedriger Induktivität ausgeführt. Der ‚AC‘-Stromfluss muss nicht durch Bond-Drähte und Gehäuse-Pins mit jeweiligen Induktivitäten geführt werden. Die Schaltknotenverbindung zur Induktivität ist kein ‚AC‘-Pfad und ist bei weitem nicht so kritisch.

Für jede Schaltreglertopologie lassen sich recht einfach die ‚AC‘-Strompfade bestimmen. Damit können diese Pfade so kurz und kompakt wie möglich ausgeführt werden und das Resultat ist ein unproblematisches Layout.

* Frederik Dostal arbeitet im Technischen Management für Power Management in Industrieanwendungen bei Analog Devices in München.

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