Updated BOM, Added efficiency chapter

SY8129IABC_3V3_Converter/Readme.md

@@ -52,8 +52,9 @@ Diese Liste wurde auf Verfügbarkeit geprüft (Stand: 24. Juni 2025).
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 | **U1** | **SY8120IABC**| `C479076` | SOT23-6 | Extended Part | Synchroner Step-Down Regler. |
 | **L1** | **4.7 µH** | `C520348` | 5x5mm | Extended Part | Ceaiya CR5040-4R7M 4.7uH, 3.5A sat, 30mΩ. |
-| **C1 (Eingang)**| **22 µF, 25V** | `C45783` | 0805 | Basic Part | Samsung CL21A106KAYNNNE. So nah wie möglich an VIN/GND des ICs. |
+| **C1 (Eingang)**| **10 µF, 25V** | `C15850` | 0805 | Basic Part | Samsung CL21A106KAYNNNE. So nah wie möglich an VIN/GND des ICs. |
-| **C2 (Ausgang)**| **22 µF, 10V** | `C45783` | 0805 | Basic Part | Samsung CL21A106KAYNNNE. Nah am Ausgang der Spule platzieren. |
+| **C2 (Ausgang)**| **22 µF, 10V** | `C45783` | 0805 | Basic Part | Samsung CL21A226MAQNNNE. Nah am Ausgang der Spule platzieren. |
+| **C1 & C2 (Alternative) **| **22 µF, 25V** | `C45783` | 0805 | Basic Part | Samsung CL21A226MAQNNNE. Platzierung siehe **C1** und **C2** oben. |
 | **C3 (Bootstrap)**| **100 nF, 16V** | `C1525` | 0402 | Basic Part | Yageo CL05B104KO5NNNC. Direkt zwischen BOOT und SW Pins. |
 | **R1** | **226 kΩ, 1%**| `C26999` | 0402 | Basic Part | UNI-ROYAL 0402WGF2263TCE. Feedback-Widerstand (oben). |
 | **R2** | **49.9 kΩ, 1%**| `C25897` | 0402 | Basic Part | UNI-ROYAL 0402WGF4992TCE. Feedback-Widerstand (unten). |
@@ -66,3 +67,82 @@ Für einen hochfrequenten Wandler (1MHz) ist ein gutes Layout noch wichtiger als
 2.  **SW (Schaltknoten):** Der Pin `SW` (Switch) führt die hochfrequent geschaltete Spannung. Die Leiterbahn von diesem Pin zur Spule `L1` sollte kurz und breit sein, aber von empfindlichen Signalen (wie der Feedback-Leitung) ferngehalten werden.
 3.  **Feedback-Pfad:** Die Widerstände `R1` und `R2` sollten nah am `FB`-Pin des ICs platziert werden. Die Leiterbahn vom `FB`-Pin zum Widerstandsteiler sollte kurz sein und nicht parallel zu lauten Leiterbahnen (wie SW) geführt werden.
 4.  **Masseführung:** Eine durchgehende Massefläche unter den Komponenten ist die beste Lösung, um die Rückströme kurz zu halten und die thermische Anbindung zu verbessern.
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+## 5. Berechnung des Wirkungsgrads
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+Dieses Kapitel analysiert die Verlustleistung und den Gesamtwirkungsgrad der Schaltung für verschiedene Lastfälle.
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+### 5.1 Verlustleistung des Feedback-Netzwerks
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+Das Feedback-Netzwerk zur Einstellung der Ausgangsspannung hat einen permanenten, aber sehr geringen Stromverbrauch.
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+* **Widerstände:** $R_{total} = R1 + R2 = 120kΩ + 27kΩ = 147kΩ$
+* **Leistung:** $P = V^2 / R = (3.27V)^2 / 147000Ω = 10.69W / 147000Ω \approx 0.0000727W$
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+Der statische Verlust im Feedback-Netzwerk beträgt somit nur ca. **73 µW** und ist für die Gesamteffizienz vernachlässigbar.
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+### 5.2 Gesamtwirkungsgrad
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+Die Berechnung basiert auf den typischen Werten aus dem SY8120IABC-Datenblatt und den gewählten externen Komponenten.
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+**Parameter für die Berechnung:**
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+* Eingangsspannung ($V_{in}$): 12 V
+* Ausgangsspannung ($V_{out}$): 3.27 V
+* Tastverhältnis ($D$): $3.27V / 12V \approx 0.273$
+* $R_{DS(on)}$ High-Side MOSFET: 130 mΩ (0.13 Ω)
+* $R_{DS(on)}$ Low-Side MOSFET: 105 mΩ (0.105 Ω)
+* Induktor-Widerstand (DCR): 30 mΩ (0.03 Ω) (für die `CR5040-4R7M`)
+* Ruhestrom ($I_Q$): ca. 200 µA (0.0002 A)
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+#### Fall 1: Laststrom $I_{out}$ = 100 mA (0.1 A)
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+* **Ausgangsleistung ($P_{out}$):** $3.27V \times 0.1A = \mathbf{327\ mW}$
+* **Hauptverluste ($P_{loss}$):**
+    * IC Leitverluste (High-Side): $(0.1A)^2 \times 0.13Ω \times 0.273 \approx 0.36\ mW$
+    * IC Leitverluste (Low-Side): $(0.1A)^2 \times 0.105Ω \times (1-0.273) \approx 0.76\ mW$
+    * Spulenverlust (DCR): $(0.1A)^2 \times 0.03Ω = 0.3\ mW$
+    * IC Ruhestromverlust: $12V \times 200µA = 2.4\ mW$
+    * Schalt- & Treiberverluste (geschätzt): ca. **15 mW**
+* **Gesamtverlust:** $\approx 0.36 + 0.76 + 0.3 + 2.4 + 15 = 18.8\ mW$
+* **Gesamteffizienz ($\eta$):** $\frac{327mW}{327mW + 18.8mW} \times 100\% \approx \mathbf{94.5\%}$
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+#### Fall 2: Laststrom $I_{out}$ = 300 mA (0.3 A)
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+* **Ausgangsleistung ($P_{out}$):** $3.27V \times 0.3A = \mathbf{981\ mW}$
+* **Hauptverluste ($P_{loss}$):**
+    * IC Leitverluste (High-Side): $(0.3A)^2 \times 0.13Ω \times 0.273 \approx 3.2\ mW$
+    * IC Leitverluste (Low-Side): $(0.3A)^2 \times 0.105Ω \times (1-0.273) \approx 6.8\ mW$
+    * Spulenverlust (DCR): $(0.3A)^2 \times 0.03Ω = 2.7\ mW$
+    * IC Ruhestromverlust: $12V \times 200µA = 2.4\ mW$
+    * Schalt- & Treiberverluste (geschätzt): ca. **35 mW**
+* **Gesamtverlust:** $\approx 3.2 + 6.8 + 2.7 + 2.4 + 35 = 50.1\ mW$
+* **Gesamteffizienz ($\eta$):** $\frac{981mW}{981mW + 50.1mW} \times 100\% \approx \mathbf{95.1\%}$
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+#### Fall 3: Laststrom $I_{out}$ = 500 mA (0.5 A)
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+* **Ausgangsleistung ($P_{out}$):** $3.27V \times 0.5A = \mathbf{1635\ mW}$
+* **Hauptverluste ($P_{loss}$):**
+    * IC Leitverluste (High-Side): $(0.5A)^2 \times 0.13Ω \times 0.273 \approx 8.9\ mW$
+    * IC Leitverluste (Low-Side): $(0.5A)^2 \times 0.105Ω \times (1-0.273) \approx 19.1\ mW$
+    * Spulenverlust (DCR): $(0.5A)^2 \times 0.03Ω = 7.5\ mW$
+    * IC Ruhestromverlust: $12V \times 200µA = 2.4\ mW$
+    * Schalt- & Treiberverluste (geschätzt): ca. **60 mW**
+* **Gesamtverlust:** $\approx 8.9 + 19.1 + 7.5 + 2.4 + 60 = 97.9\ mW$
+* **Gesamteffizienz ($\eta$):** $\frac{1635mW}{1635mW + 97.9mW} \times 100\% \approx \mathbf{94.4\%}$
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+### 5.3 Zusammenfassung der Effizienz
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+| Laststrom | Geschätzter Gesamtwirkungsgrad |
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+| **100 mA** | **~ 94.5%** |
+| **300 mA** | **~ 95.1%** |
+| **500 mA** | **~ 94.4%** |
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+Der Wirkungsgrad des synchronen Designs ist durchgehend exzellent und übertrifft den eines vergleichbaren nicht-synchronen Wandlers deutlich. Der Hauptgrund sind die massiv geringeren Leitverluste, da anstelle einer Diode mit hohem Spannungsabfall ein MOSFET mit niedrigem $R_{DS(on)}$ als Freilaufelement dient.