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El rápido desarrollo de la industria de vehículos de nueva energía ha impulsado un crecimiento explosivo en varias cadenas industriales. La inteligencia vehicular y la conducción autónoma se han convertido en las direcciones más críticas para la ventaja competitiva de los vehículos de nueva energía, generando nuevos desafíos y oportunidades para cerebros centrales altamente integrados y controladores de dominio, especialmente en términos de confiabilidad, alta densidad de potencia, fuente de alimentación conmutada, compatibilidad electromagnética (EMC), alta eficiencia y bajo costo de las fuentes DC-DC.
Qualcomm, como proveedor de controladores de dominio para cabinas inteligentes, ocupa una posición destacada con los modelos SA8155 y SA8295. Los conflictos entre la corriente transitoria, la corriente estable de funcionamiento, la eficiencia del consumo en espera, el costo y el diseño EMC en la fuente de alimentación de primera etapa del SOC del controlador de dominio central (desde la entrada de batería hasta la fuente de alimentación de conversión de primera etapa) representan un desafío importante para el diseño de la fuente de alimentación BUCK. Cómo abordar y equilibrar estos conflictos es la dirección técnica para los esfuerzos conjuntos de los fabricantes de arquitecturas de fuentes de alimentación conmutadas, chips de potencia, inductores, MOSFET y capacitores.
1- Resumen del contenido
Este artículo se centra en el diseño de la fuente de alimentación de primera etapa para controladores de dominio central automotrices con corriente de fuente de alimentación de conmutación de gran dinámica (100-300%), explorando el diseño de fuentes de alimentación conmutadas DC-DC, incluyendo soluciones de alimentación, selección de inductores y capacitores, y otros métodos de diseño, abordando al mismo tiempo los desafíos relacionados con volumen, costo, eficiencia y rendimiento, y analizando el diseño de implementación práctica.
Este capítulo toma los controladores de dominio Qualcomm SA8295 como ejemplo para explorar e implementar pruebas y validaciones de la fuente de alimentación conmutada BUCK de primera etapa, demostrando si los resultados cumplen con el diseño esperado.
Esta serie de artículos consta de tres capítulos:
01- Descifrando el Diseño de la Fuente de Alimentación de Primera Etapa del Controlador de Dominio Automotriz Qualcomm: Diseño y Cálculo de la Fuente de Alimentación
02- Descifrando el Diseño de la Fuente de Alimentación de Primera Etapa del Controlador de Dominio Automotriz Qualcomm: Diseño Esquemático y Diseño de PCB
03- Descifrando el diseño de la fuente de alimentación de primera etapa del controlador de dominio automotriz Qualcomm: Análisis de mediciones de pruebas de rendimiento (Este Capítulo)
2- Objetivos de verificación
Los requisitos de corriente transitoria del SA8295 son los siguientes:
Nota: La activación de la NPU requiere un consumo adicional de corriente. Este diseño no incluye la corriente de diseño para la NPU (3A+3A).
3- Entorno y condiciones de prueba
3.1 Condiciones de prueba
Temperatura ambiente: 25°C (real 24-27°C, calculada como 25°C)
3.2 Instrumentos de prueba y métodos de prueba
3.3 Esquemáticos y PCB
DIAGRAMA ESQUEMÁTICO
PCB
4- Validación de prueba
Verifique el rendimiento del rizado, la precisión del voltaje, la estabilidad, el aumento de temperatura y la eficiencia mostrados por la capacidad de carga en estado estable a diferentes voltajes (9-16 V). Limitado por el espacio, seleccione indicadores clave de rendimiento para la validación mediante pruebas.
① Rizado: Rizado bajo diferentes voltajes de entrada y corrientes de carga;
② Precisión del voltaje: Precisión del voltaje de salida bajo diferentes voltajes de entrada y corrientes de carga;
③ Capacidad de corriente de carga: Prueba de la curva de voltaje de corriente de salida y eficiencia;
④ Características de elevación de temperatura: Verifique si las condiciones de funcionamiento cumplen con los requisitos.
4.1 Capacidad de carga de bajo voltaje (9,0 V)
4.2 Capacidad de carga de voltaje normal (13,5 V)
4.3 Capacidad de carga de alto voltaje (16,0 V)
4.4 Prueba de corriente continua
5. Resumen de pruebas
5.1 Resultados de las pruebas
Varios puntos destacables:
①El objetivo principal del diseño es cumplir con los requisitos de corriente transitoria y corriente de funcionamiento estable. Si se diseñara completamente según los valores máximos, los costos y el volumen aumentarían (menor densidad en el diseño del PCB), pero en la realidad no existe una condición en la que funcione establemente a 18 A;
②El rizado se cumple fácilmente utilizando condensadores cerámicos, todos por debajo de 50 mV;
③La bobina de potencia tiene excelentes características de DCR y saturación suave de corriente, con una corriente de salida real de 21 A;
④Este diseño puede operar por encima de 20 amperios durante períodos cortos, manteniendo buenos niveles de eficiencia y elevación de temperatura entre 8-12 A.
6- Lista de materiales clave
7- Selección del inductor
Como componente importante de la fuente de alimentación de primera etapa en los controladores dominio de automóviles, el rendimiento de los inductores es crucial para la fiabilidad y eficiencia de conversión de las fuentes de alimentación conmutadas DC-DC. En esta solución de diseño, se utiliza el inductor moldeado CODACA de grado automotriz VSEB0660-1R0M. Esta serie de inductores presenta baja pérdida, alta eficiencia, amplio rango de frecuencia de aplicación, gran resistencia a la corriente de saturación, baja generación de calor y una elevada relación costo-rendimiento. Su diseño delgado ofrece una densidad de potencia líder en la industria, lo que lo hace muy adecuado para el desarrollo y aplicación de plataformas Qualcomm.