فك تشفير تصميم مصدر الطاقة من المرحلة الأولى لوحدة تحكم النطاقات الخاصة بشركة كوالكوم للسيارات: تحليل قياس اختبار الأداء

أدى التطور السريع لصناعة المركبات الكهربائية إلى دفع نمو هائل عبر سلاسل الصناعة المختلفة. وأصبحت ذكاء المركبات والقيادة الذاتية هما الاتجاهان الأكثر أهمية من حيث الميزة التنافسية للمركبات الكهربائية، مما يجلب تحديات وفرص جديدة لأدمغة مركزية عالية التكامل ووحدات التحكم في النطاقات، خاصةً من حيث موثوقية إمدادات الطاقة ذات التيار المستمر-التيار المستمر (DC-DC)، وكثافة القدرة العالية، ومزودات الطاقة التبديلية، والتداخل الكهرومغناطيسي (EMC)، والكفاءة العالية، وانخفاض التكلفة.

تُعتبر كوالكوم، بوصفها مورِّدًا لوحدات التحكم الذكية في قمرة القيادة، جهة ذات موقع بارز من خلال منتجاتها SA8155 وSA8295. تُشكل التناقضات بين التيار العابر، والتيار التشغيلي المستقر، وكفاءة استهلاك الطاقة في وضع الاستعداد، والتكلفة، وتصميم التوافق الكهرومغناطيسي (EMC) في مرحلة التغذية الكهربائية الأولى لمتحكم النطاق المركزي (من دخل البطارية إلى مرحلة التحويل الأولى للتغذية) تحديًا كبيرًا في تصميم مصدر الطاقة من نوع BUCK. إن كيفية معالجة هذه التناقضات والتوازن بينها يُمثل الاتجاه التقني الذي تتضافر فيه جهود شركات تصنيع معمارية مصادر الطاقة التبديلية، وشرائح الطاقة، والمثبطات، وترانزستورات MOSFET، والمكثفات.

1- نظرة عامة على المحتوى

يركز هذا المقال على تصميم مصدر الطاقة من المرحلة الأولى لوحدات التحكم المركزية في السيارات ذات تيار إمداد الطاقة الديناميكي الكبير (100-300%)، ويستعرض تصميم مصادر طاقة التبديل DC-DC، بما في ذلك حلول إمداد الطاقة، واختيار المحاثات والمكثفات، وأساليب التصميم الأخرى، مع التصدي للتحديات المتعلقة بالحجم والتكلفة والكفاءة والأداء، ومناقشة تصميم التنفيذ العملي.

يأخذ هذا الفصل وحدات تحكم Qualcomm SA8295 كمثال لاستكشاف واختبار وتقييم مصدر طاقة التبديل من المرحلة الأولى BUCK، وإظهار ما إذا كانت نتائج الاختبار تتماشى مع التصميم المتوقع.

يتكون هذا السلسلة من المقالات من ثلاثة فصول:

01- تحليل تصميم مصدر الطاقة من المرحلة الأولى لوحدة التحكم المكتبية للسيارات من كوالكوم: تصميم إمداد الطاقة والحسابات

02- تحليل تصميم مصدر الطاقة من المرحلة الأولى لوحدة التحكم المكتبية للسيارات من كوالكوم: تصميم المخططات وتصميم لوحة الدوائر المطبوعة

03- فك تشفير تصميم مصدر الطاقة من المرحلة الأولى لمتحكم النطاقات الخاص بالسيارات من كوالكوم: تحليل قياس اختبار الأداء (هذا الفصل)

2- أهداف التحقق

متطلبات تيار التحول المفاجئ لـ SA8295 هي كما يلي:

ملاحظة: يتطلب تنشيط وحدة المعالجة العصبية استهلاكًا إضافيًا للتيار. لا يشمل هذا التصميم تيار التصميم للوحدة (3أ+3أ).

3- بيئة واشتراطات الاختبار

3.1 اشتراطات الاختبار

درجة حرارة البيئة المحيطة: 25°م (فعليًا 24-27°م، ويُحسب على أنه 25°م)

3.2 أدوات الاختبار وطرق الاختبار

3.3 المخططات واللوحة الدوائر المطبوعة

المخطط التخطيطي

الـ PCB

4- التحقق من خلال الاختبار

تحقق من أداء الموجة المتقطعة، ودقة الجهد، والاستقرار، وارتفاع درجة الحرارة، والكفاءة التي تُظهرها قدرة الحمل المستقر عند جهود مختلفة (9-16 فولت). نظرًا لضيق المساحة، يُرجى اختيار مؤشرات الأداء الرئيسية للتحقق من خلال الاختبار.

① الموجة المتقطعة: الموجة المتقطعة تحت جهود دخل مختلفة والتيارات حمل مختلفة؛

② دقة الجهد: دقة جهد الخرج تحت جهود دخل مختلفة والتيارات حمل مختلفة؛

③ قدرة تيار الحمل: اختبار منحنى تيار الخرج والجهد والكفاءة؛

④ خصائص ارتفاع درجة الحرارة: التحقق مما إذا كانت الظروف التشغيلية تفي بالمتطلبات.

4.1 قدرة الحمل المنخفض للجهد (9.0 فولت)

4.2 قدرة الحمل الجهد العادية (13.5 فولت)

4.3 قدرة الحمل عالي الجهد (16.0 فولت)

4.4 اختبار التيار المستمر

5. ملخص الاختبار

5.1 نتائج الاختبار

عدة نقاط جديرة بالملاحظة:

①الهدف الرئيسي من التصميم هو تلبية متطلبات التيار العابر والتيار التشغيلي المستقر. إذا تم التصميم تمامًا وفقًا للقيم القصوى، فسوف تزداد التكاليف والحجم (انخفاض كثافة تصميم لوحة الدوائر المطبوعة)، ولكن في الواقع لا توجد حالة تشغيل مستقر عند 18 أمبير؛

②من السهل تحقيق اهتزازات الجهد باستخدام المكثفات الخزفية، وكلها أقل من 50 ملي فولت؛

③ملف الطاقة يتمتع بخصائص ممتازة من حيث مقاومة التوصيل المباشر (DCR) والتشبع اللطيف للتيار، والتيار الناتج الفعلي هو 21 أمبير؛

④يمكن لهذا التصميم العمل لفترات قصيرة فوق 20 أمبير، مع الحفاظ على مستويات جيدة من الكفاءة وارتفاع درجة الحرارة عند 8-12 أمبير.

6- قائمة المواد الرئيسية

7- اختيار الملف الحثي

باعتباره مكونًا مهمًا في مصدر الطاقة من الدرجة الأولى في وحدات التحكم بالسيارات، فإن أداء الملفات الحثية أمر بالغ الأهمية لموثوقية كفاءة تحويل مصادر الطاقة التبديلية DC-DC. في هذا الحل التصميمي، تم اعتماد الملف الحثي المصبوب للسيارات من شركة CODACA طراز VSEB0660-1R0M. وتتميز هذه السلسلة من الملفات الحثية بفقدان منخفض، وكفاءة عالية، ومدى ترددي واسع التطبيق، ومقاومة قوية للتيار عند الاشباع، وإنتاج حراري منخفض، ونسبة عالية في الأداء مقابل السعر. ويتميز التصميم الرفيع بكثافة طاقة رائدة في الصناعة، مما يجعله مناسبًا للغاية للتطوير واستخدام منصات كوالكوم.