EN
Snel Skakels
Die vinnige ontwikkeling van die nuwe energievoertuigindustrie het ontploffende groei deur verskeie industriële kettings aangedryf. Voertuigintelligensie en outonome bestuur het die belangrikste mededingende rigtings vir nuwe energievoertuie geword, wat nuwe uitdagings en geleenthede bring vir hoogs geïntegreerde sentrale breins en domeinbeheerders, veral ten opsigte van die betroubaarheid, hoë kragdigtheid, skakelkrag EMC, hoë doeltreffendheid en hoë koste-doeltreffendheid van DC-DC-skakelkragtoevoere.
Qualcomm, as verskaffer van intelligente kajuit domeinbeheerders, het 'n beduidende posisie met die SA8155 en SA8295. Die konflikte tussen die oorgangstroom, stabiele bedryfstroom, standbystroomdoeltreffendheid, koste, en die SMPS EMC-ontwerp van die sentrale domeinbeheerder se SOC primêre krag (krag vanaf battery-ingang tot primêre omskakeling) word 'n groot uitdaging vir BUCK-kragversorgingsontwerp. Hoe om hierdie konflikte op te los en in balans te bring, is die tegniese rigting waarbinne die omskakelkragsuppliesargitektuur, kragchipse, induktors, MOSFETs en kapasitors saamwerk.
Hierdie artikel kombineer die ontwerp van die sentrale domeinbeheerder se primêre kragvoorsiening vir motor-toepassings met groot dinamiese skakelmodus kragstroom (100-300%), en ondersoek die ontwerp van DC-DC-skakelmodus kragversorgings, insluitende kragoplossings, induktor- en kapasitor-kiesmetodes. Dit bespreek en implementeer praktiese ontwerp terwyl dit uitdagings rakende volume, koste, doeltreffendheid en prestasie aanspreek.
Hierdie artikel neem Qualcomm se SA8295 domeinbeheerder as voorbeeld om die praktiese ontwerp van die primêre BUCK-skakelmodus kragversorging te ondersoek en te implementeer.
Hierdie reeks artikels bestaan uit drie dele (sal voortdurend opgedateer word):
01- Ontciffering van Qualcomm Se Motor Domeinbeheerder Eerste-Trappe Kragontwerp: Kragontwerp en Berekening (hierdie hoofstuk)
03- Ontciffering van Qualcomm Se Motor Domeinbeheerder Vlak 1 Kragontwerp: Prestasietoetsmetingsanalise
1- Ontwerpdoelwitte en Uitdagings
1.1 Oorgangstroomvereistes vir SA8295
Tabel 1: SA8295 Kragontwerpsvereistes
1.2 SA8295 Staanby-stroomvereistes
Qualcomm SOC 3.3V kragtoevoer se stand-by-kragverbruik binne 4-7.5mA (insluitend geheue self-verfrissingsverbruik), ondersteun stand-by-wekking.
Sentrale Brein (Kabinedomeinkontroller) algehele voertuigstroombegroting 7-10mA (13,5V), 4G/5G-module verbruik alleen 4-5mA, Qualcomm SA8295 huidige 13,5V 3mA (40mW) of minder.
1.3 Drie uitdagings
1.3.1 Uitdaging 1: Qualcomm Domeinkontroller SA8295 skakelaarsvoedingspanningsstroomuitset
Groot oorgangsstroom, 3,3V, 18 ampère (0,1ms), 0,1ms is reeds 'n lang periode vir bestendige toestand-uitset vir DC-DC-skakelaarsvoeding, wat vereis dat die afwendingstroombaan ontwerp word vir stabiele 18 ampère-uitset.
1.3.2 Uitdaging 2: Hoë-kwaliteit Domeinkontroller SA8295 Skakelaarsvoeding Dinamies
Die bestendige werkstroom van die SA8295-domeinkontroller is 5-9 ampère, wat 'n bestendige werkstroomverskil van meer as 300% in die skakelaarsvoeding-induktansie sal veroorsaak (die induktansie is omgekeerd eweredig aan die genommerde stroom) ten opsigte van volume, koste en frekwensie, wat tot beduidende konflikte lei.
1.3.3 Uitdaging 3: Hoë-kwaliteit Domeinkontroller SA8295 Skakelaarsvoeding Mikro-stromeffektiwiteit
Stilstaande kragverbruik, met 'n doeltreffendheid van 70% by 13,5 V 3 mA, stel 'n groot uitdaging aan die kragvoorsieningsbeheerderargitektuur en inductorontwerp.
Hierdie ontwerp is gebaseer op die uitdaging van die maksimum SA8295 primêre buck-kragontwerp, waarin die kerndiffusies van skakelaarskragversorging en DC-DC tegnologie-oplossings ondersoek word.
2- Oplossingkeuse-vergelyking
2.1 Qualcomm SA8295-domeinbeheer kragtoevoertechniese vereistes
Soos getoon in Tabel 2:
Tabel 2: Qualcomm SA8295 Kragontwerp Tegniese Spesifikasievereistes
2.2 Ontwerpskema en Tegniese Dokumente
MPQ2918, MPQ2930, LM25141-Q1, MAX20098, LTC7803, LM25149-Q1, ens., kan almal aan die ontwerpsvereistes voldoen. Hierdie ontwerp kies LM25149-Q1 as die sentrale brein domeinbeheerder primêre kragversorging-ontwerpskema vir hierdie projek.
2.2.1 Amptelike LM25149-Q1-adres:
https://www.ti.com.cn/product/cn/LM25149-Q1?keyMatch=LM25149-Q1
Tabel 3: LM25149-Q1 Ontwerpverwysingsmateriaal
2.2.2 LM25149-Q1 Spesifikasieblad:
2.2.3 LM25149-Q1 ontwikkelingsbord:
LM25149-Q1 EVM Gebruiksaanwysing (Rev. A) (ti.com.cn)
2.2.4 Aktiewe filter stabiliteit en werking:
Hoe om Stabiliteit en Prestasie van Aktiewe EMI-filters te verseker (ti.com.cn)
2.2.5 LM5149-LM25149 Ontwerp Gereedskap :
LM5149-LM25149DESIGN-CALC Berekeningstool | TI.com
3- Sinchroniese BUCK-kragtoevoerontwerp en berekening
3.1 Hoofspesifikasies en ontwerpparameters van LM25149
Tabel 4: Qualcomm SA8295 Kragontwerp Tegniese Spesifikasies Vereistes
Doeltreffendheid
Aktiewe EMI-filter
EMI-toetsing
Verwysingsontwerp-sketse
Verwysingsontwerp-oplossingsgebaseerde evaluasiebord
3.2 LM25149 Sinchrone BUCK-induktorkeuseberekening
3.2.1 Sinchrone BUCK-schakelende kragtoevoerberekeningsformule:
Tabel 5: Sinchroniese BUCK-voedingsontwerp Berekeningsformules
3.3 Minimum induktor berekening
(Berekeningsformule, sien Tabel 5.)
Tabel 6: Minimum induktansie berekeningskurwe (∆I=0,3)
Tabel 7: Minimum induktansie berekening
3.3.1 Opsomming van induktansie berekeningsdata:
① Indien die ontwerp die omvang van 6-20A dek (AI=0,3-berekening), met 'n 16V inset en 6A uitset, moet die induktansie ≥0,69μH wees.
② Teoretiese berekening van skakelende voeding induktansie Lmin: ≥ 0,69μH (teoreties);
③ Met inagneming van die werklike ontwerpkeuse en induktor-toleransie ±20%, kies 0,82μH en 1,0μH as die optimale ontwerp (verhoging van induktansiewaarde verhoog die induktor grootte, koste, en verminder SRF).
3.4 Induktorstroomberekeninge
(Formule: verwys na tabelle 5, items 1 en 2)
Tabel 8: 0,82μH Induktorstroomberekening
Tabel 9: 1,0μH Induktorstroomberekening
3.4.1 Teoretiese berekening van induktor se versadigingsstroom ≥ 20,76A, afgerond tot 21A:
Tabel 10: Induktor spesifikasies
4- Induktor keuse vir Skakelaar kragvoorsiening
Tabel 11: Induktorkeuse
4.1 Berekening van Stroomsteekweerstand Skakelaar Kragvoorsiening vir LM25149
Tabel 12: Teoretiese Berekening van Stroomsteekweerstand
Tabel 13: Keuse van Stroomsteekweerstand
4.2 Berekening van Uitgangskondensator vir Sinchroniese BUCK Skakelaar Kragvoorsiening
(Uitgangskondensator berekening: Verwys na Vergelyking in Tabel 5)
Tabel 14: Berekening van Uitgangskondensator vir Sinchroniese BUCK Skakelaar Kragvoorsiening
Vir sinchroniese buck-skerma-toestandsvoedingontwerpe, bestaan daar 'n afweging tussen die prestasie, grootte en koste van inset- en uitsetfilterkondensators. Kondensatorspesifikasietoetsing word onder spesifieke omstandighede uitgevoer, en variasies in toerusting tydens toetsing kan afwykings van 10–50% vir identiese spesifikasies veroorsaak. Die finale ontwerpprestasie vereis wetenskaplike bevestiging en toetsing deur middel van die foutopsporingsproses (daar is nie een enkele optimale oplossing nie; slegs die keuse van 'n skema wat geskik is vir die spesifieke toepassing).
Skakelaarkondensators moet voldoen aan: Kapasiteit ≥ 320uF (Oorskietvereiste), keramiese kondensatorkapasiteit groter as 2,435uF (nie 'n kernvoorwaarde nie, dit is voldoende om aan die vereiste te voldoen).
Tabel 15: Aanbevole keuse van uitsetfilterkondensatormodelle vir skakelende voedings
Tabel 16: Ontwerp van uitsetfilterkondensators vir skakelende voedings
4.3 Berekening van insetkondensator vir LM25149-kragbron
4.3.1 Invoer Kapasitansie Berekeninge
Tabel 17: Berekening van Ingangsfilterkondensator vir Skakelende Kragvoorsiening
Tabel 18: Keuse van Uitgangsfilters vir Skakelende Kragvoorsienings
4.4 LM25149 Mosfet Keuse Berekening
4.4.1 MOSFET-berekening
Die LM25149-datablad sluit nie baie berekeninge en keuseberekeninge in nie. QG-berekeninge en -keuses is gebaseer op empiriese skattings en omgekeerde afleidings. Die berekeningsresultate dui 'n waarde van 4,5-5,0 V Vgs en ≤22 nC aan. Die berekeningsproses word in die onderstaande tabel getoon. Die Miller-platform word gekies as 2-3 V (naby 3 V is ook aanvaarbaar), en Rdson word gekies as ≤8 mΩ.
Tabel 19: Mosfet Keuse en Berekeninge
4.5 Mosfet Keuseruggestewendhede
Tabel 20: Mosfet Keuse Modelle
4.6 LM25149 FB en Komponsasie Berekeninge
Tabel 21: FB- en kompensasieberekeninge
4.7 LM25149 EMC-ontwerp-berekening
Sonder om te veel ontleding te doen, verwys na die spesifikasies.
5- Ontwerpopsomming
5.1 Opsomming van LM25149 BUCK-kragvoorsieningsontwerp en -keuse
Tabel 22: Ontwerp en Keuse
5.2 Opsomming van die Oplossing
Die werkverrigting en doeltreffendheid van sinchrone skakelende kragversorgings word deur baie faktore beïnvloed. Werkverrigting en spesifikasies moet praktiese faktore in ag neem. Hierdie hoofstuk word gebruik vir teoretiese berekeninge om teoretiese riglyne vir praktiese ontwerp te verskaf. Die werkverrigting en spesifikasies van die ontwerp hang nou saam met komponentwerkverrigting, gebruikstoestande, uitleg, ens., en vereis streng toetsing en verifikasie.
Sinchrone afbreekkragvoorsieningsontwerp vir Qualcomm-domeinbeheerders is 'n uitdagende area van beheerderontwerp, wat 'n balans tussen prestasie, grootte en koste vereis. CODACA fokus op onafhanklike O&O en ontwerp van kraginduktore en gemeenskapmodus-chorusse. Die CSEB0660-1R0M is geskik vir Qualcomm-platformontwikkeling en toepassings, en bied hoë koste-doeltreffendheid, sterk weerstand teen versadigingsstroom, lae hitteontwikkeling en 'n nywerheidsleier krag-tot-volume-verhouding. CODACA wy haar aan tegnologiese O&O en innovasie, ontwikkel uitstekende produkte vir die induktorindustrie en dra by tot die ontwikkeling en toepassing van elektroniese produkte.