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Die rasante Entwicklung der neuen Energiefahrzeugindustrie hat ein explosionsartiges Wachstum in verschiedenen Industrieketten vorangetrieben. Fahrzeugintelligenz und autonomes Fahren sind zu den entscheidenden Wettbewerbsvorteilen für neue Energiefahrzeuge geworden und bringen neue Herausforderungen und Chancen für hochintegrierte zentrale Steuergeräte und Domain-Controller mit sich, insbesondere hinsichtlich Zuverlässigkeit, hoher Leistungsdichte, Schaltnetzteile, EMC, hoher Effizienz und niedriger Kosten von DC-DC-Netzteilen.
Qualcomm nimmt als Anbieter von Steuergeräten für intelligente Cockpits mit den Modellen SA8155 und SA8295 eine bedeutende Position ein. Die Konflikte zwischen transitorischem Strom, stabilisiertem Betriebsstrom, Standby-Leistungseffizienz, Kosten und EMC-Design in der primären Stromversorgung des zentralen Domain-Controllers SOC (von der Batterieeingabe zur ersten Stufe der Spannungswandlung) stellen eine große Herausforderung für das BUCK-Stromversorgungsdesign dar. Wie diese Konflikte angegangen und ausgeglichen werden können, ist die technische Zielrichtung für gemeinsame Anstrengungen von Herstellern von Schaltnetzwerkarchitekturen, Leistungs-Chips, Induktivitäten, MOSFETs und Kondensatoren.
1- Inhaltübersicht
Dieser Artikel behandelt die Stromversorgungsdesigns der ersten Stufe für zentrale Automotive-Domain-Controller mit großen dynamischen Schaltnetzstromschwankungen (100–300 %) und erläutert das Design von DC-DC-Schaltnetzteilen, einschließlich Stromversorgungslösungen, Auswahl von Drosseln und Kondensatoren sowie weiterer Designmethoden. Zudem werden Herausforderungen bezüglich Baugröße, Kosten, Effizienz und Leistung adressiert und praktische Umsetzungsdesigns diskutiert.
In diesem Kapitel wird am Beispiel der Qualcomm SA8295-Domain-Controller die Implementierung und Durchführung von Tests und Validierungen der ersten Stufe einer BUCK-Schaltnetzteil-Stromversorgung untersucht, um zu zeigen, ob die Testergebnisse den erwarteten Designanforderungen entsprechen.
Diese Artikelserie besteht aus drei Kapiteln:
01 – Entschlüsselung des ersten Stadiums der Stromversorgung für Qualcomm-Automotive-Domain-Controller: Stromversorgungsdesign und Berechnung
02 – Entschlüsselung des ersten Stadiums der Stromversorgung für Qualcomm-Automotive-Domain-Controller: Schaltplan- und PCB-Design
03- Entschlüsselung des ersten Stufen-Stromversorgungsdesigns für Qualcomm Automotive Domain Controller: Analyse der Leistungstestmessung (Dieses Kapitel)
2- Verifizierungsziele
Die transienten Stromanforderungen von SA8295 lauten wie folgt:
Hinweis: Für die Aktivierung der NPU ist ein zusätzlicher Stromverbrauch erforderlich. Dieses Design beinhaltet den NPU-Designstrom (3A+3A) nicht.
3- Testumgebung und -bedingungen
3.1 Testbedingungen
Umgebungstemperatur: 25 °C (tatsächlich 24–27 °C, berechnet als 25 °C)
3.2 Prüfmittel und Prüfmethoden
3.3 Schaltpläne und Leiterplatte
SCHEMATISCHES DIAGRAMM
PCB
4- Testvalidierung
Überprüfen Sie die Leistung von Welligkeit, Spannungsgenauigkeit, Stabilität, Temperaturanstieg und Effizienz, die von der stationären Lastfähigkeit bei verschiedenen Spannungen (9–16 V) aufgezeigt wird. Aufgrund begrenzten Platzes Schlüsselkenngrößen für die Testvalidierung auswählen.
① Welligkeit: Welligkeit bei verschiedenen Eingangsspannungen und Lastströmen;
② Spannungsgenauigkeit: Genauigkeit der Ausgangsspannung bei verschiedenen Eingangsspannungen und Lastströmen;
③ Laststromfähigkeit: Prüfung der Ausgangsstromspannung und der Wirkungsgradkurve;
④ Temperaturanstiegscharakteristik: Überprüfen, ob die Betriebsbedingungen den Anforderungen entsprechen.
4.1 Niederspannungs-Lastkapazität (9,0 V)
4.2 Normale Spannungsbelastbarkeit (13,5 V)
4.3 Hochspannungsbelastbarkeit (16,0 V)
4.4 Dauerstromprüfung
5. Prüfzusammenfassung
5.1 Prüfergebnisse
Mehrere bemerkenswerte Punkte:
① Das Kerndesignziel besteht darin, die Anforderungen an transienten Strom und stabilen Betriebsstrom zu erfüllen. Bei einer vollständigen Auslegung nach den Maximalwerten würden Kosten und Bauvolumen steigen (geringere PCB-Designdichte), in der Praxis gibt es jedoch keine Bedingung, bei der dauerhaft mit 18 A gearbeitet wird;
② Die Welligkeit wird leicht mit keramischen Kondensatoren erreicht, alle unter 50 mV;
③ Die Leistungsinduktivität weist hervorragende DCR- und Strom-Weichsättigungseigenschaften auf, tatsächliche Ausgangsstromstärke 21 A;
④ Dieses Design kann für kurze Zeit über 20 Ampere betrieben werden und dabei gute Effizienz- und Temperaturanstiegswerte im Bereich von 8–12 A beibehalten.
6- Schlüsselmaterialien Bom
7- Auswahl der Drossel
Als wichtige Komponente der ersten Stufe der Stromversorgung in automotiven Domänensteuergeräten ist die Leistung von Drosseln entscheidend für die Zuverlässigkeit und Umwandlungseffizienz von DC-DC-Schaltnetzteilen. In dieser Konzeption wird die automobiltaugliche Formstoff-Drossel CODACA VSEB0660-1R0M eingesetzt. Diese Baureihe zeichnet sich durch geringe Verluste, hohe Effizienz, einen weiten Anwendungsfrequenzbereich, hohe Sättigungsstromfestigkeit, geringe Wärmeentwicklung und ein hohes Preis-Leistungs-Verhältnis aus. Das schlanke Design bietet eine branchenführende Leistungsdichte und eignet sich daher hervorragend für die Entwicklung und Anwendung von Qualcomm-Plattformen.