EN
Snel Skakels
Die vinnige ontwikkeling van die nuwe energievoertuigbedryf het die ontploffende groei van verskeie bedryfskettings bevorder, en motorintelligensie en outonome bestuur het die belangrikste kernmededingendheidsrigting van nuwe energievoertuie geword, wat nuwe uitdagings en geleenthede bring vir die hoogs geïntegreerde sentrale brein en domeinbeheerder, veral ten opsigte van die betroubaarheid, hoë kragdigtheid, EMC, hoë doeltreffendheid en koste-doeltreffendheid van DC-DC skakelaarvoedings.
As 'n verskaffer van intelligente kokspit domeinbeheerders, beslaan SA8155 en SA8295 'n belangrike posisie, en die teenstrydigheid tussen oorgangsstroom, stabiele bedryfstroom, standbystroombesparing, koste en skakelaarsvoeding EMC-ontwerp van die sentrale domeinbeheer SOC primêre voeding (voeding omgeskakel vanaf die battery inset primêre vlak) het 'n reuse uitdaging vir BUCK-voedingsontwerp geword. Hoe om hierdie teenstrydighede op te los en in balans te bring, is die tegniese rigting waarin ontwerpers van skakelaarsvoedingsargitektuur, voedingsskerwe, induktors, MOSFET's en kapasitorvervaardigers saamwerk.
Hierdie artikel bespreek die ontwerp van DC-DC skakelaarsvoeding vir die primêre voedingontwerp van sentrale domeinbeheer van groot dinamiese skakelaarsvoeding (100-300%), insluitend voedingskonfigurasie, keuse van induktors, kapasitors en ander ontwerpsmetodes, met inagneming van dimensie-, koste-, doeltreffendheids- en prestasie-uitdagings.
Hierdie hoofstuk gebruik die Qualcomm SA8295 domeinbeheerder as 'n voorbeeld om die praktiese ontwerp van die eerste-klas BUCK-skermspanningsversorging te bespreek en te implementeer.
Sy hoofstuk moet die eerste reeks (gedetailleerde BUCK-skermspanningsversorgingsteorie en berekening) lees en die BUCK-spanningsversorging gedetailleerd op grond van LM25149 ontwerp.
Hierdie artikelreeks bestaan uit drie reekse (met voortdurende opdaterings):
02-Dekodeer Qualcomm Motorvoertuig Domeinbeheerder Eerste-Trappe Spanningsontwerp: Schematiese Ontwerp en PCB Ontwerp (hierdie hoofstuk)
1- Ontwerpdoelwitte en Uitdagings
1.1 SA8295 Oorgangsstroomvereistes
Tabel 1: SA8295 Kragtoevoerontwerpvereistes
Nota: Die nuutste SA8295-ontwerpspesifikasies is 21A (1 NPU) en 24A (2 NPUs), en hierdie ontwerp kan (30A oorstroombeskerming) dek.
1.2 Ontwerpdoelwitte
Hierdie ontwerp maak gebruik van 'n LM25149 ontwerp domeinbeheerder eerste trap spanningsversorging , wat die vereistes vir oorgangstroom van 24A (100μs) kan bevredig en die bedryfsvereistes vir bestendige werking van meer as 10A kan bevredig, om sodoende 'n omvattende balans van volume, koste en prestasie te bewerkstellig.
Nota: Oorgangsstroom veroorsaak nie hitte-ontwikkelingsprobleem nie (vir Qualcomm SA8295 slegs 100uS oorgangsstroom), bestendige groot stroom sal 'n toename in temperatuurverhoging veroorsaak, die effek van temperatuurverhoging moet gemeet word (ontwerpskema word gekies volgens werklike omgewingsomstandighede).
2- Skematiese en PCB-ontwerp
2.1 Kies van kernkomponente
Die kriteria vir die keuse van primêre skakelaarsvoedingskomponente vir domeinbeheerder: prestasie eerste, terwyl koste in ag geneem word, en die verkleining van die PCB-area; met inagneming van die EMC-probleem en stroomlusprobleem van BUCK-skakelaarsvoeding, is dit in ooreenstemming met die algemene BUCK-skakelaarsvoedingontwerp-teorie en -reëls, en kan na die algemene ontwerpmetode verwys word.
Vir besonderhede oor keuse en berekening van elektroniese komponente, verwys asseblief na Hoofstuk 1 ( Ontciffering van Qualcomm Automotive-domeinbeheerder se eerste-rym kragtoevoerontwerp: Kragtoevoerontwerp en -berekening )
Opsie 2 vir hierdie ontwerp (met gebruik van agt 47uF C1210-verpakte keramiese kapasitors). Die ontwerp is nie beperk tot hierdie keuse nie, en die produkontwerp kan aangepas word volgens die werklike toestand, terwyl ontwerpoptimering uitgevoer kan word op grond van 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
Induktorkeuse maak gebruik van model: VSEB0660-1R0MV
Tabel 4: Induktor-keuse
2.1.3 Keuse van uitgangsfilterkapasitor vir BUCK-kragbron
Tabel 5: Keuse van uitgangsfilterkapasitor vir BUCK-kragbron
2.1.4 BUCK-kragbron – keuse van ingangsfilterkapasitors
Tabel 6: BUCK-kragbron – keuse van ingangsfilterkapasitor
2.2 Skematiese en PCB-ontwerp gereedskapontwerp
2.2.1 Skematiese en PCB-ontwerp: JLC Technology EDA ( https://lceda.cn/)
Figuur 1 Inleiding tot Caritron EDA
JLC Technology EDA is die leidende gratis EDA-ontwikkelingsprogram in Sjina, met kragtige funksies en hoë ontwikkelingseffektiwiteit. Hierdie ontwerp maak gebruik van JLC Technology EDA vir skematiese diagram- en PCB-ontwerp.
2.3 BUCK-kragtoevoer-skematiese ontwerp
2.3.1 BUCK-kragtoevoer-skematiese ontwerp
Die beginselontwerp verwys na die LM25149-Q1-spesifikasie en die amptelike ontwikkelingsbord, en die ontwerp voldoen aan die basisteorie van BUCK-skermspanningsvoorsiening en die ontwerpsvereistes van die primêre spanningsvoorsiening van hoë-deurbreekdomeinbeheerders.
Figuur 2 Schematiese diagram van LM25149
2.3.2 BUCK-spanningsvoorsiening - sleuteltegnologie in schematiese ontwerp
Invoer EMC-kring:
Tegniese punte:
① Die hoofdoel van L1 is om die impak van gelei stralinggeraas vanaf die skermspanningsvoorsiening op die invoerspanning te verminder, die skakelfrekwensie van die skermspanningsvoorsiening is 2,2 MHz, L1 en C23 vorm 'n LC-filterkring (C16 is die elektrolitiese kapasitor, veral lae frekwensies onder 500 kHz), en 2,2 MHz word met 60 dB verminder.
② C21 verminder skakelgeraas (ringkantel en valkantel van kragbuiskantel), veral om EMC-geraas tussen 10-100 MHz te verminder.
③ As C21 en C23 in kragvoorsieneenhede van eerste graad gebruik word (voor beskerming), moet u die buigzame eindkapasitor-model kies, en as dit beskerm is, kan u die motorgraad-kapasitor kies. 'n Soortgelyke beskermingsmeganisme kan ook geïmplementeer word deur twee kapasitors in 'n serierangskikking te gebruik.
Dieselfde vereistes geld vir krag-MOSVELDs en LM25149-invoerkondensators-ontkoppelingskondensators; hierdie ontwerp word nie vir prestasiestandverifikasie gebruik nie, maar gebruik 'n enkele keramiek, en die produkvlakontwerp voldoen aan die motorgraad-ontwerpsvereistes.
Nota: LM25419 aktiewe EMC-annulering en dubbelspruit willekeurige verspreidingsspektrumtegnologie, slegs tot 'n sekere mate word die EMC-amplitude verminder, en EMC kan nie geheel uitgeskakel word nie, vir die skakelfrekwensie van 2,2 MHz verwante energie, hoë stroom (≥10 A) bokant die toepassing het steeds die risiko om die norm te oorskry, die werklike oplossing tydens debuggedrag is finale maatstaf; indien die verwydering van C23 steeds geleide straling laat deurgaan, kan die toepassing van C23 bespaar word en die koste verlaag word.
BUCK krag inset kondensators:
① C2, C3 is BUCK-kraginvoerkondensators, wat noodsaaklik is vir die wisselstroomvoeding EMC-prestasie. Kies 10 μF-kondensators met impedansie by ongeveer 2 MHz ≤5 mΩ. CGA4J1X8L1A106K125AC en CGA6P1X7S1A476M250AC het goeie tegniese aanwysers ter naslag. By kondensatorkeuse kan gekies word vir X7R, 35 V/50 V isolasiespanning, pakketjies C1210 en C1206 is beskikbaar. Die C1210-pakketjie is in hierdie ontwerp gekies, wat ruimte bied vir modelverifikasie oor 'n wye variasje.
② C4 is 'n hoë-frekwensie skakelende EMC-kondensator, kies 50V X7R, C0402-pakket.
C2, C3, C4, die uitleg moet aandag gee aan die stroomlus (verwys na die besonderhede van die uitleg), om te voldoen aan die basiese BUCK-voedingsinvoerkondensatorvereistes en ontwerpteorie, jy kan die BUCK-skakelende voedingsteorie bestudeer om die begrip van die invoerkondensator te verdiep.
③ TP7, TP9, TP13 word gebruik om die TG-, BG- en SW-seine van die skakelaar te toets, en word gebruik om die redelikheid van die dooie tyd, ringprestasie, en die stygende en dalende randprestasie van die MOSFET te toets, wat 'n belangrike elektriese prestasietoetsindeks van die skakelende voeding is.
Die TP-toetspunt van GND word gebruik om die ossilloskoop-toets-GND-lus te verminder en die toetsakkuraatheid te verbeter, en die LAYOUT moet oorweeg om die toetspunt so naby moontlik aan die verwante toetssignaal te plaas.
MOSFET-hekkebestuursweerstand:
① R1 en R2 is die poortaandryfweerstande van die MOSFET, wat 'n belangrike invloed het op die stygende en dalende rande van die krag-MOSFET.
② Die keuse van R1 en R2 word beïnvloed deur die gekombineerde redes van die gecontroleerde BUCK-kragbeheerder se uitgangstroom (beheerder (trek- en stootweerstand), poortimpedansie en ladingseienskappe van die krag MOSFET (invoerkapasitansie CISS), en die totale weerstand van die hele stroombaan word aanvanklik ≤ 10 ohm gekies, wat ook afhang van die ladingseienskappe, en moet fyn afgestel word om die toepaslike weerstandswaarde te kies.
③ R1 en R2 is ook die sleutelparameters wat die skakelgolwe EMC die meeste beïnvloed, sowel as die kernelemente in die stroombaan wat die skakelverlies beïnvloed.
Nota: 6 toetspunte word gebruik om skakelkenmerke en dooie tyd te toets.
Uitsetkringloop:
① Keuse van spoel: Die keuse van 'n spoel hou hoofsaaklik twee faktore in ag:
- Oorgangstoestand-werkstroom: In staat om oorgangstroom 24A uit te voer (tyd: 100 μs);
- Bestendige-toestand-werkstroom: 10A, wat stabiel by 10A kan werk (insluitend omgewingsomstandighede van 85℃)
-Die oorgangsbedryfsstroom duur is ≤ 100 μs, en dit vind plaas tydens die aanloopfase, en slegs die toestand waarin die induktansie onversadig is, kan aan die vereistes voldoen (om aan die induktansiewaarde van die stroom te voldoen).
② Keuse van steekweerstand: Die steekweerstand word in R1206-pakket gekies, en die hitte-afvoervermoeë ≥ 0,5 W;
③ Keuse van kapasitors: Verwysing: Uitsetfilterkapasitorhoofstuk in die eerste deel van die hoofstuk;
-Terugvoerskakeling:
LM25149 het 'n vaste uitsetkonfigurasie en terugvoer-uitsetkonfigurasie, en die besonderhede verwys na die spesifikasieboek;
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
Uitsetspanning word gekonfigureer met R14, R9 en R10 op die leë etiket;
R19 en gereserveerde TP3, TP4: vir toetsing, fasegrens, dwarsfrekwensie, ens.
Nota: TP3 en TP4 word gebruik om fasegrens, dwarsfrekwensie, ens. te toets.
Funksie-instellings:
① EN: aktiveersignaal, skakel die krag aan ≥ 1,0 V, kan beskerm word deur presisie-onderspanning;
② Sync-PG: Gesimuleerde uitset of Krag-goed, hierdie ontwerp is vir Krag-Goed;
③ PFM/SYNC
-Verstek (NC) jumper: Diode analoog, klein stroomafgifte, kan hoë doeltreffendheid behaal;
-Kortsluiting jumper na GND, geforseerde CCM-modus;
④ Chip-werkmodus instelling: 'n totaal van 5 werkmodusse (verwys na die spesifikasieboek);
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-kragvoorsiening-sleuteltegnologie vir PCB-ontwerp
Inset- en uitsetkondensatorlusse:
① Die inset- en uitsetkondensators van die BUCK-kragvoorsiening behou 'n minimum lus, wat 'n belangrike impak op EMC het;
② C4 word hoofsaaklik gebruik om die ringgolflawaai van die stygende en dalende rande van die skakelaar op te neem;
MOSFETs en induktorlusse:
① Die gebruik van twee-in-een MOSFETs verminder die uitlegarea en koste, en die nadeel is dat die Uitleg SW nie die minimum lus kan handhaaf nie;
② Die SW-punt van die twee-in-een MOSFET kan nie dieselfde laag van PCB-spoorbaarheid bewerkstellig nie, en die laagbedekkingsoppervlak moet verander word om deurlopende kragstroom te bewerkstellig.
Steekproefneming van stroom:
① Die steekproefstroom moet differensiële spore wees, en daar moet 'n verwysings-GND-vlak wees;
② Daar is geen behoefte om impedansie en gelyke lengte te beheer nie, en die spore behou die minimum spasie van die uitleg.
FB Terugvoer:
Weerstande en ander toestelle is naby die beheerder-chip se penne.
Hitte-ontsorging en GND:
Verwarmingsapparate: MOSFET's, induktors en steekproefweerstande kan die hittegeleiding in die vlakarea toepaslik verhoog, en die verhoging van GND-deurgange kan help om die hitte-ontladingstoestande van die hele bord te verbeter.
3-Domeinbeheerde eerste-klas BUCK-kragvoorsieningsontwerp - opsomming
3.1 3D-Tekening
3D Figuur-1
3D Figuur-2
3.2 Ontwerpopsomming
① Die skakelende kragvoorsieningsontwerp maak gebruik van 'n 4-laag ontwerp, PCB-dikte 1.6 mm, grootte 30X65 mm;
② Die uitgangsstroom kan die maksimum oorgangstroom van Qualcomm SA8295 van 24 A haal, en ondersteun 'n bestendige uitgangsvermoë van meer as 10 A.
4- Oor Codaca Elektronika
Codaca fokusseer op onafhanklike O&O, ontwerp en vervaardiging van induktors, en die VSEB0660-1R0M is geskik vir die ontwikkeling en toepassing van Qualcomm-platforms. Dit het tegniese voordele soos hoë koste-doeltreffendheid, sterk weerstand teen versadigingsstroom en lae hitteontwikkeling, en het 'n nywerheidsleidende krag-tot-volume-verhouding. Codaca fokus op tegnologie-navorsing en -ontwikkeling, tegnologiese innovasie, ontwikkel uitstekende produkte vir die induktorindustrie, en ondersteun die ontwikkeling en toepassing van elektroniese produkte.
5- Toets en Verifikasie
Vir verdere toetsing en verifikasie, verwys asseblief na: 03- Ontciffering van Qualcomm Automotive Domeinbeheerder se eerste-trap Elektriese Versorgontwerp: Prestasietoetsingsmetingsanalise .
[Verwysing]
1.LM25149-Q1：ti.com.cn/product/cn/LM25149-Q1
2.BUK9K6R2-40E： https://www.nexperia.cn/product/BUK9K6R2-40E