EN
Quick Links
Die vinnige ontwikkeling van die nuwe energievoertuigindustrie het die explosiewe groei van elke industrie-ketting aangedryf, outonome bestuur en voertuigintelligentheid het die belangrikste kernmededingendheid van nuwe energievoertuigrigtings geword, na die hoogs geïntegreerde sentrale brein en domeinbeheerders bring nuwe uitdagings en geleenthede, veral vir die betroubaarheid van DC-DC-skakelende kragtoevoer, hoë kragdigtheid, skakelende kragtoevoer EMC, hoë doeltreffendheid, koste-effektiewe om nuwe geleenthede en uitdagings te skep.
Qualcomm as 'n verskaffer van intelligente kajuitdomeinbeheerder, SA8155 en SA8295 beklee 'n belangrike posisie, die sentrale domeinbeheer SOC vlak 1 kragtoevoer (krag wat vanaf die battery ingangsvlak 1 omgeskakel is) oombliklike stroom, stabiele bedryfsstroom, stand-by bedryfsdoeltreffendheid, koste, en die teenstrydigheid tussen skakelende kragtoevoer EMC-ontwerp het 'n reuse uitdaging geword vir BUCK-kragontwerp. Hoe om hierdie teenstrydigheid op te los en in balans te bring, is die rigting waarin skakelende kragarchitektuur, kragchipse, induktore, Mosfet, kapasitors vervaardigers saamwerk.
In hierdie artikel, vir die groot dinamiese skakelende voedingspan (100-300%) outomotiewe sentrale domeinbeheer vlak 1 voedingsontwerp, om die ontwerp van 'n GSG-skakelende voeding te ondersoek, insluitend voedingskema, induktor, kapasitorkeuse en ander ontwerpmetodes, met inagneming van die volume, koste, doeltreffendheid, prestasie uitdagings om te ondersoek en werklike landing ontwerp.
Deur gebruik te maak van die Qualcomm SA8295 domeinbeheerder as voorbeeld, bespreek en implementeer hierdie hoofstuk 'n werklike ontwerp van 'n primêre BUCK-skakelende voeding.
Hierdie hoofstuk vereis 'n deeglike begrip van die eerste deel van die reeks (wat BUCK-skakelende voedingsleorie en berekeninge uiteensit), en gaan voort om 'n gedetailleerde BUCK-voeding te ontwerp op grond van die LM25149.
Hierdie reeks artikels bevat drie reekse (opvolgende voortdurende opdaterings):
01-Decifreer Qualcomm Outomotiewe Domeinbeheer Vlak 1 Voedingsontwerp: Voedingsontwerp en Berekening (Gepubliseer)
02-Ontcifreer Qualcomm Automotive Domeinbeheerder Vlak 1 Kragtoevoerontwerp: Schematiese Ontwerp en PCB-ontwerp (hierdie hoofstuk )
03-Ontcifreer Qualcomm Automotive Domeinbeheerder Vlak 1 Kragtoevoerontwerp: Prestasietoetsingsmetingsanalise (sal binnekort vrygestel word)
1- Ontwerpdoelwitte en Uitdagings
1.1 SA8295 Oorgangsstroomvereistes
Tabel 1: SA8295 Kragtoevoerontwerpvereistes
Nota: Die nuutste SA8295-ontwerp vereis 21A (1 NPU) en 24A (2 NPUs), wat hierdie ontwerp kan dek (30A oorstroombeskerming)
1.2 Ontwerpdoelwitte
Hierdie ontwerp gebruik die LM25149 om die primêre kragtoevoer vir die domeinbeheerder te ontwerp , in staat om 'n oorgangsstroom van 24A (100µs) te ondersteun en voldoen aan die bestendige bedryfsvereiste van meer as 10A, 'n gebalanseerde afweging tussen grootte, koste en werkverrigting bereik.
Nota: Oorgangsstroom veroorsaak nie 'n termiese probleem nie (vir die Qualcomm SA8295 duur die oorgangsstroom slegs 100µs). Egter, groot bestendige stroom kan lei tot verhoogde temperatuurstygging, dus moet die impak van termiese werkverrigting geëvalueer word (die ontwerpoplossing moet gekies word op grond van die werklike omgewingsomstandighede).
2- Skematiese en PCB-ontwerp
2.1 Kies van kernkomponente
Kriteria vir die keuse van domeinbeheerdervlak-schakelstroomvoorrade: werkverrigting prioriteit, rekening houende met die koste, terwyl die area van die PCB verminder word; oorweeg die BUCK-schakelstroomvoorraad EMC-probleme en stroomlusprobleme, in lyn met die algemene BUCK-schakelstroomvoorraad ontwerpteorie en reëls, verwys na die algemene ontwerpmetodologie.
Sien Hoofstuk 1 vir besonderhede oor die keuse en berekeninge van elektroniese komponente (Demystifying Qualcomm Automotive Domain Controller Level 1 Power Supply Design: Power Supply Design and Calculations)
Hierdie ontwerp kies opsie 2 (gebruik van agt 47uF keramiek-kondensators in C1210-pakkette). Die ontwerp is nie beperk tot hierdie keuse nie; die produkontwerp kan aangepas word volgens die werklike situasie van die model, en optimisering van die ontwerp kan gebaseer word op werklike toetsresultate.
Tabel 2: BUCK-kragtoevoer - skema-ontwerp
2.1.1 BUCK-kragtoevoer - MOSFET-keuse
Tabel 3: BUCK-kragtoevoer - MOSFET-keuse
2.1.2 BUCK-kragtoevoer - induktor-keuse
Induktor-keuse met behulp van die modelnommer: VSEB0660-1R0MV
Tabel 4: Induktor-keuse
2.1.3 BUCK-kragtoevoer - uitgangsfilterkondensator-keuse
Tabel 5: BUCK-kragtoevoer - uitgangsfilterkondensator-keuse
2.1.4 BUCK-kragtoevoer-invoerfilterkondensatorkeuse
Tabel 6: BUCK-kragtoevoer - invoerfilterkondensatorkeuse
2.2 Skematiese en PCB-ontwerp gereedskapontwerp
2.2.1 Skematiese en PCB-ontwerp: Caritron EDA ( https://lceda.cn/)
Figuur 1 Inleiding tot Caritron EDA
Jialitron EDA is 'n vrye EDA-ontwikkelingsinstrument wat wêreldwyd gebruik word, kragtig en doeltreffend vir ontwikkeling, hierdie ontwerp gebruik Jialitron EDA om die skematiese diagram en PCB te ontwerp.
2.3 BUCK-kragtoevoer-skematiese ontwerp
2.3.1 BUCK-kragtoevoer-skematiese ontwerp
Die skematiese ontwerp verwys na die LM25149-Q1 datablad en die amptelike ontwikkelingsbord, en die ontwerp voldoen aan die basisteorie van BUCK-skuifkragtoevoer en die eerste-nivo kragtoevoervereistes van hoë-deurgangsdomeinbeheerder.
Figuur 2 LM25149 Skematiese
2.3.2 BUCK-kragtoevoer - Skaakontwerp Gefokusde Tegnologie
Invoerpoort EMC stroombaan:
Tegniekpunte:
① L1 se hoofrol is om die impak van skakelende kragtoevoer se gelei straling geraas op die invoerkragbron te verminder, skakelfrekwensie van 2,2 MHz, L1 en C23 bestaan uit 'n LC-filterstroombaan (C16 is 'n elektrolitiese kapasitor vir lae frekwensies onder 500 kHz), 2,2 MHz met 60 dB te verminder.
② C21 verminder skakelgolwe (kragpyp se stygende en dalende rand klingel) en vermindel hoofsaaklik EMC-geraas vanaf 10-100 MHz.
③ C21, C23 indien 'n kragtoevoer (voor beskerming), moet jy die buigsame eindkapasitortipe kies, indien dit beskerm word, kan jy die voertuigspesifikasie kapasitors kies. Jy kan ook twee kapasitors in reeks gebruik met 'n ortogonale uitleg om 'n soortgelyke beskermingsmeganisme te bereik.
Vir krag MOSFETs en LM25149 inset kapasitansie ontkoppel kapasitansie het dieselfde vereistes, hierdie ontwerp word nie gebruik vir prestatasie verifikasie nie, die gebruik van 'n enkele keramiek, produkvlak ontwerp moet die outomotief-graad ontwerp vereistes volg.
Nota: LM25419 aktiewe EMC eliminering en dubbele ewekansige verspreiding spektrum tegnologie, slegs tot 'n sekere mate om die EMC amplitude te verminder, en kan nie die EMC heeltemal uitvee nie, vir die skakel frekwensie van 2.2MHz verwante energie, hoë-stroom (≥ 10A) bo die toepassing van die risiko van oorskryding van die standaard, gebaseer op die werklike ontlasting, indien die verwydering van die C23 steeds kan deurgegee word via geleiding kan gespaar word deur die toepassing van die C23, die Vermindering van die koste.
BUCK krag inset kondensators:
① C2, C3 vir die BUCK-kragtoevoerkapas, vir die skakelende kragtoevoer EMC-prestasie is krities, 10uF kapasitansiekeuse 2Mhz naby die impedansie ≤ 5mΩ, CGA4J1X8L1A106K125AC en CGA6P1X7S1A476M250AC het goeie tegniese spesifikasies as verwysing, kapasitansiekeuse kan X7R gekies word, 35V/50V Duurspanning, pakket C1210 en C1206 kan gebruik word. Hierdie ontwerp gebruik C1210-pakket, dit sal meer modelle toelaat om die prestasie te verifieër.
② C4 vir hoogfrekwensie-skakeling EMC-kondensators, kies 50V X7R, C0402-pakket is geskik.
C2, C3, C4, Layout moet aandag gee tot die stroomlus (verwys na Layout besonderhede), voldoen aan die basiese BUCK-kragtoevoerkapasiteit vereistes en ontwerpteorie, jy kan BUCK-skakelende kragtoevoer teorie bestudeer om 'n dieper begrip van die insetkapasitansie te bekom.
③ TP7, TP9, TP13 word gebruik om die skakel TG-, BG- en SW-seine te toets, word gebruik om die doodtyd-redelikheid, vibrasieprestasie en MOSFET-styg- en dalingshoekprestasie te toets, en is 'n belangrike elektriese prestasietoetsaanwysers vir skakelende kragbronne.
Die GND TP-toetspunt word gebruik om die oskilloskoop GND-lus te verminder en die toetsakkuraatheid te verbeter, en moet deur LAYOUT so naby as moontlik aan die toetspunt van die relevante toetseine geplaas word.
MOSFET-hekkebestuursweerstand:
① R1 en R2 is MOSFET-hekkebestuursweerstande, wat 'n belangrike effek op die styg- en dalingshoek van die krag-MOSFET het.
② R1, R2-seleksie word beheer deur die BUCK-kragbeheerder se uitsetstroom (beheerder (PULL- en PUSH-weerstande), krag MOSFET-poort impedansie en laai eienskappe (invoerkapasitansie CISS) omvattende redes vir die impak van die aanvanklike ontwerpseleksie van die hele weerstandssom van ≤ 10 ohm, maar hang ook af van die laaieienskappe, wat uiteindelike fyninstelling vereis, die keuse van die toepaslike weerstandswaarde.
③ R1 en R2 is ook die skakelruis EMC se mees kritiese parameters, terwyl dit die kernkringfaktore wat die skakelverlies beïnvloed, in praktiese toepassings moet die effektiwiteit (MOSFET-verhitting) en EMC-teëstrydighede gebalanseer word om 'n ewewigspunt te bereik.
Nota: 6 toetstpunte vir die toetsing van die skakeleienskappe en doodtyd.
Uitsetkringloop:
① Keuse van induktansie: Die keuse van induktansie is gebaseer op twee hoof oorwegings:
-Oorgangsstroom: kan oorgangsuitset 21 (24) A (tyd: 100 μs) lewer；
-Stasionêre bedryfsstroom: 10 A, kan stabiel werk by 'n stroom van 10 A (deks omgewings temperature toestande van 85°);
-Transiente bedryfsstroom duur ≤ 100 μs, en tree op tydens die aanloopfase, hoef slegs verseker te word dat die induktor nie versadig raak nie om aan die vereistes te voldoen (om die huidige induktansiewaarde te ontmoet).
② -Keuse van steekproefweerstand: kies R1206-pakkie, termiese kragverkwisting ≥ 0,5 W;
③ -Keuse van kapasitors: verwysing: die eerste deel van die hoofstuk oor uitgangsfilterkapasitansie;
-Terugvoerskakeling:
Die LM25149 het 'n vaste uitgangskonfigurasie en 'n terugvoer-uitgangskonfigurasie, verwys na die datablad vir besonderhede;
① R14l is gekoppel aan VDDA, lewer 3,3 V
② R14=24,9 K, lewer 5,0 V
③ R14=49,9 K, lewer 12,0 V
Los R14, R9 en R10 se uitgangspanning konfigureer;
R19 en gereserveerde TP3, TP4: vir toetsing, fase-marge, kruisfrekwensie, ens.
Nota: TP3 en TP4 word gebruik vir toetsing, fase-marge, kruisfrekwensie, ens.
Funksie-instelling:
① EN: Aktiveer sein, ≥1.0V skakel die krag aan, kan gebruik word vir presisie onder-spanningsbeskerming;
② Sync-PG: Sinchrone uitset of Power good, hierdie ontwerp word gebruik vir Power good;
③ PFM/SYNC
-Verstek (NC) jumper: Diodo-analoog, klein stroomuitset, kan werk in hoë doeltreffendheid;
-Kortsluitjumper na GND, dwing CCM-modus;
④ Chip-operasie modus instellings: 'n totaal van vyf operasiemodusse (raadpleeg die spesifikasie)
2.4 BUCK voorsiening-PCB ontwerp
2.4.1 BUCK kragtoevoer-PCB-ontwerp
① -BOHEM
② -GND
③ -Sein
④ -Onderkant
2.4.2 BUCK kragtoevoer-PCB-ontwerp fokus op tegnologie
Inset- en uittreekapasitansiesluitings:
① BUCK kragtoevoerinset- en uittreekapasitansie om 'n minimum lus te handhaaf, het 'n belangrike invloed op EMC;
② C4 word hoofsaaklik gebruik om skakelende stijgende en dalende golf rinkelinggolwe op te neem.
MOSFET's en induktiewe lusse:
① Die gebruik van twee-in-één MOSFETs verminder die uitlegarea en verlaag die koste, maar die nadeel is dat die Layout SW nie die minimum lus kan handhaaf nie;
② Die SW-punt van die tweeledige MOSFET kan nie dieselfde laag van PCB-alignment realiseer nie, en dit moet die laag verander om die vlak te beleg sodat die kontinuïteit van kragstroom bewerkstellig kan word.
Steekproefneming van stroom:
① Steekproefneming van stroom vereis 'n differensiële aliknement met 'n verwysings-GND-vlak;
② Impedansiebeheer en gelyke lengte word nie vereis nie, en die aliknement handhaaf die minimum uitlegafstand.
FB Terugvoer:
Weerstande en ander toestelle is naby die beheerder-chip se penne.
Hitte-ontsorging en GND:
Hitte-ontwikkelende toestelle: MOSFETs, induktors en steekproefweerstande, jy kan die vlakarea gepas vergroot om hitte te gelei, en die GND-porositeit verhoog kan help om die hitte-ontsorgingsomstandighede van die hele weergawe te verbeter.
3- Gebied Beheerde Vlak 1 BUCK Spanningsontwerp - Opsomming
3.1 3D-Tekening
3D Figuur-1
3D Figuur-2
3.2 Ontwerpopsomming
① Die skakelende voedingsontwerp maak gebruik van 'n 4-laag ontwerp met 'n PCB-dikte van 1,6 mm en 'n grootte van 30X65 mm;
② Die uitgangstroom kan aan die maksimum 24 A oombliklike stroom van Qualcomm SA8295 voldoen, ondersteun steadi-state uitgang van 10 A of meer.
4- Oor Codaca Elektronika
Codaca fokus op induktor onafhanklike navorsing, ontwerp en vervaardiging. VSEB0660-1R0M is geskik vir Qualcomm-platform ontwikkeling en toepassing. Dit het die tegniese voordele van hoë koste-effektiwiteit, hoë weerstand teen satrasiestroom, lae hitteontwikkeling en 'n markvoerende krag-tot-volume verhouding. Codaca fokus op tegnologiese navorsing en ontwikkeling, tegnologiese innovasie, die ontwikkeling van uitstekende produkte vir die induktorbedryf, om sodoende die ontwikkeling en toepassing van elektroniese produkte te ondersteun.
5- Toets en Verifikasie
Vir opvolgtoetsverifikasie, verwys asseblief na: 03-Decifreer Qualcomm se Automotiewe Domeinbeheerdervlak 1-kragtoevoerontwerp: Prestasietoetsingsmetingsanalise (sal binnekort vrygestel word)
[Verwysing]
1.LM25149-Q1：ti.com.cn/product/cn/LM25149-Q1
2.BUK9K6R2-40E： https://www.nexperia.cn/product/BUK9K6R2-40E