नई ऊर्जा वाहन उद्योग के तेजी से विकास ने प्रत्येक उद्योग श्रृंखला में अत्यधिक वृद्धि को प्रेरित किया है, क्षेत्र में ऑटोमोबाइल इंटेलिजेंस, स्वायत्त ड्राइविंग नए ऊर्जा वाहनों की दिशा में सबसे महत्वपूर्ण प्रतिस्पर्धी क्षमता बन गई है, अत्यधिक एकीकृत सेंट्रल ब्रेन और डोमेन कंट्रोलर को नए अवसरों और चुनौतियों से अवगत कराया गया है, विशेष रूप से डीसी-डीसी स्विचन शक्ति आपूर्ति की विश्वसनीयता, उच्च शक्ति घनत्व, स्विचन शक्ति आपूर्ति EMC, उच्च दक्षता, लागत प्रभावी के लिए नए अवसर और चुनौतियों को लाया है।
क्वालकॉम इंटेलिजेंट कॉकपिट डोमेन कंट्रोलर, SA8155 और SA8295 के आपूर्तिकर्ता के रूप में एक महत्वपूर्ण स्थिति रखता है, केंद्रीय डोमेन नियंत्रण SOC स्तर 1 बिजली की आपूर्ति (बैटरी इनपुट से परिवर्तित बिजली की आपूर्ति) अस्थायी धारा, स्थिर संचालन धारा, स्टैंडबाय संचालन दक्षता, लागत, स्विचन बिजली की आपूर्ति EMC डिज़ाइन के बीच विरोधाभास BUCK बिजली की आपूर्ति डिज़ाइन के लिए एक विशाल चुनौती बन गई है। इन विरोधाभासों को कैसे हल करें और संतुलित करें, यह स्विचन पावर सप्लाई आर्किटेक्चर, पावर चिप, इंडक्टर, Mosfet, कैपेसिटर की तकनीकी दिशा है।
यह लेख ऑटोमोटिव केंद्रीय डोमेन कंट्रोल लेवल 1 पावर सप्लाई डिज़ाइन में बड़े डायनेमिक स्विचिंग पावर सप्लाई करंट (100-300%) के साथ डीसी-डीसी स्विचिंग पावर सप्लाई के डिज़ाइन की पड़ताल करता है, जिसमें पावर सप्लाई योजना, इंडक्टर, कैपेसिटर चुनाव और अन्य डिज़ाइन विधियों को शामिल किया जाता है; आकार, लागत, दक्षता, प्रदर्शन चुनौतियों को ध्यान में रखते हुए व्यावहारिक डिज़ाइन की जांच करना।
इस पेपर में Qualcomm SA8295 डोमेन कंट्रोलर का उपयोग करते हुए एक-स्टेज BUCK स्विचन पावर सप्लाई के वास्तविक दुनिया के डिज़ाइन का पता लगाया और लागू किया गया है।
इस लेख श्रृंखला में तीन श्रृंखला हैं (भविष्य में लगातार अपडेट किया जाएगा):
01- क्वालकॉम ऑटोमोटिव डोमेन कंट्रोलर स्तर 1 बिजली की आपूर्ति डिज़ाइन की व्याख्या: बिजली की आपूर्ति डिज़ाइन और गणना (यह अध्याय)
02- क्वालकॉम के ऑटोमोटिव डोमेन कंट्रोलर लेवल 1 पावर सप्लाई डिज़ाइन की समझ: स्कीमैटिक डिज़ाइन और PCB डिज़ाइन
03- क्वालकॉम ऑटोमोटिव डोमेन कंट्रोलर लेवल 1 पावर सप्लाई डिज़ाइन की व्याख्या: प्रदर्शन परीक्षण माप विश्लेषण
1- डिज़ाइन उद्देश्य और चुनौतियाँ
1.1 SA8295 ट्रांजिएंट करंट आवश्यकताएँ
तालिका 1: SA8295 पावर सप्लाई डिज़ाइन आवश्यकताएँ
1.2 SA8295 स्टैंडबाइ करंट आवश्यकताएँ
क्वालकॉम SOC 3.3V पावर सप्लाई स्टैंडबाइ पावर खपत 4-7.5mA के भीतर (मेमोरी स्व-ताज़ा करने की खपत सहित), स्टैंडबाइ जगाने का समर्थन करता है।
सेंट्रल ब्रेन (कॉकपिट डोमेन कंट्रोलर) पूरी कार की कुल वर्तमान बजट 7-10mA (13.5V), 4G/5G मॉड्यूल अकेले खपत 4-5mA, क्वालकॉम SA8295 करंट 13.5V 3mA (40mW) के भीतर।
1.3 तीन चुनौतियाँ
1.3.1 क्वालकॉम डोमेन कंट्रोल SA8295 स्विचिंग पावर सप्लाई करंट आउटपुट चुनौती 1:
बड़ी अस्थायी धारा, 3.3V, 18 एम्पियर (0.1ms), डीसी-डीसी स्विचन बिजली की आपूर्ति के लिए पहले से ही लंबी अवधि के स्थिर अवस्था उत्पादन से संबंधित है, 18 एम्पियर स्थिर उत्पादन डिज़ाइन के अनुसार बक पावर सप्लाई की आवश्यकता होती है।
1.3.2 क्वालकॉम डोमेन-नियंत्रित SA8295 स्विचन पावर सप्लाई उच्च-धारा गतिक चुनौतियाँ 2:
SA8295 डोमेन नियंत्रण स्थिर अवस्था संचालन में धारा 5-9 एम्पियर में, जिससे स्विचन पावर सप्लाई इंडक्टर (प्रेरकत्व और धारा आकार उलटा अनुपात में होता है) के चयन में स्थिर संचालन धारा के आकार, लागत, आवृत्ति में 300% से अधिक के अंतर के कारण बड़ा विरोधाभास होगा।
1.3.3 क्वालकॉम डोमेन नियंत्रण SA8295 स्विचन पावर सप्लाई माइक्रोपावर दक्षता चुनौतियाँ 3:
स्टैंडबाय बिजली की खपत, 13.5V 3mA खपत दक्षता 70%, जो शक्ति नियंत्रक वास्तुकला है, प्रेरक चयन डिज़ाइन भी एक बड़ी चुनौती है।
यह डिज़ाइन SA8295 एक-स्तरीय बक पावर सप्लाई के डिज़ाइन पर आधारित है, जो स्विचिंग पावर सप्लाई और DC-DC तकनीकी समाधानों की मुख्य कठिनाइयों का पता लगाती है।
2- कार्यक्रम चयन की तुलना
2.1 क्वालकॉम SA8295 डोमेन नियंत्रण पावर सप्लाई तकनीकी आवश्यकताएं
तालिका 2 में दर्शाया गया है:
तालिका 2: क्वालकॉम SA8295 पावर सप्लाई डिज़ाइन विनिर्देश आवश्यकताएं
2.2 कार्यक्रम डिज़ाइन और तकनीकी जानकारी
MPQ2918, MPQ2930, LM25141-Q1, MAX20098, LTC7803 और LM25149-Q1 डिज़ाइन आवश्यकताओं को पूरा कर सकते हैं। इस डिज़ाइन में, इस केंद्रीय ब्रेन डोमेन कंट्रोलर के लिए प्रथम स्तरीय पावर सप्लाई डिज़ाइन योजना के रूप में LM25149-Q1 का चयन किया गया है।
2.2.1 LM25149-Q1 आधिकारिक पता:
https://www.ti.com.cn/product/cn/LM25149-Q1?keyMatch=LM25149-Q1
तालिका 3: LM25149-Q1 डिज़ाइन संदर्भ
2.2.2 LM25149-Q1 डेटाशीट:
2.2.3 LM25149-Q1 डेवलपमेंट बोर्ड:
LM25149-Q1 EVM उपयोगकर्ता मार्गदर्शिका (संस्करण A) (ti.com.cn)
2.2.4 एक्टिव फिल्टर स्थिरता और प्रदर्शन:
एक्टिव EMI फिल्टर्स की स्थिरता और प्रदर्शन सुनिश्चित कैसे करें (ti.com.cn)
2.2.5 LM5149-LM25149 डिज़ाइन टूल :
LM5149-LM25149DESIGN-CALC गणना उपकरण | TI.com
3- सिंक्रोनस बक पावर सप्लाई डिज़ाइन और गणना
3.1 LM25149 की मुख्य विनिर्देश और डिज़ाइन पैरामीटर
तालिका 4: क्वालकॉम SA8295 पावर सप्लाई डिज़ाइन विनिर्देश आवश्यकताएं
दक्षता
सक्रिय ईएमआई फ़िल्टर
ईएमआई परीक्षण
संदर्भ डिज़ाइन स्कीमैटिक
संदर्भ डिज़ाइन समाधान मूल्यांकन बोर्ड
3.2 LM25149 समकालिक बक इंडक्टर चयन गणना
3.2.1 समकालिक बक स्विचन बिजली की आपूर्ति गणना सूत्र:
तालिका 5: समकालिक बक बिजली की आपूर्ति डिजाइन गणना समीकरण
3.4 न्यूनतम प्रेरत्व गणना
(सूत्रों के लिए, तालिका 5 देखें।)
तालिका 6: न्यूनतम प्रेरकत्व की गणना ग्राफ (∆I=0.3)
तालिका 7: न्यूनतम प्रेरत्व गणना
3.4.1 प्रेरकत्व गणना डेटा का सारांश:
① यदि डिज़ाइन 6-20A (AI=0.3 गणना) की सीमा को कवर करता है, 16V इनपुट, 6A आउटपुट, प्रेरकत्व ≥ 0.69μH।
② स्विचिंग पावर सप्लाई प्रेरकत्व Lmin की सैद्धांतिक गणना: ≥ 0.69μH (सैद्धांतिक);
③ वास्तविक डिज़ाइन चयन और प्रेरकत्व त्रुटि ± 20% को ध्यान में रखते हुए, 0.82μH और 1.0μH को सर्वोत्तम डिज़ाइन के रूप में चुनें (प्रेरकत्व मान बढ़ जाता है, प्रेरकत्व आयतन बढ़ जाता है, लागत बढ़ जाती है, SRF घट जाता है)
3.5 प्रेरक धारा गणना
(सूत्र: तालिका 5 की तालिका 1 और 2 देखें)
तालिका 8: 0.82μH प्रेरक धारा गणना
तालिका 9: 1.0μH प्रेरक धारा गणना
3.5.1 सैद्धांतिक रूप से गणित प्रेरक संतृप्ति धारा ≥ 20.76A, 21A तक पूर्णांकित:
तालिका 10: प्रेरा संकेतक
4- स्विचन बिजली की आपूर्ति में इंडक्टर का चयन
तालिका 11: इंडक्टर का चयन
4.1 LM25149 स्विचन बिजली की आपूर्ति इंडक्टर करंट सैंपलिंग प्रतिरोध गणना
तालिका 12: इंडक्टर करंट सैंपलिंग प्रतिरोध की सैद्धांतिक गणना
तालिका 13: प्रेरक सैंपलिंग प्रतिरोधक का चयन
4.2 समकालिक BUCK स्विचन बिजली की आपूर्ति आउटपुट कैपेसिटेंस गणना
(आउटपुट कैपेसिटेंस की गणना: तालिका 5 में दिए गए सूत्र को देखें)
तालिका 14: समकालिक BUCK स्विचन बिजली की आपूर्ति आउटपुट कैपेसिटेंस गणना
समकालिक बक (BUCK) स्विचन शक्ति आपूर्ति डिज़ाइन के लिए, इनपुट और आउटपुट फ़िल्टर संधारित्र प्रदर्शन, आयतन, लागत में एक विरोधाभास है, संधारित्र विनिर्देश संकेतक परीक्षण विशिष्ट स्थितियों के तहत पूरा किया जाता है, परीक्षण प्रक्रिया में उपकरणों के अंतर होते हैं, समान संकेतकों में 10-50% का अंतर हो सकता है, अंतिम डिज़ाइन प्रदर्शन को सत्यापित करने के लिए वैज्ञानिक प्रयोग और परीक्षण की जांच प्रक्रिया में सत्यापित किया जाना चाहिए (डिज़ाइन के लिए कोई इष्टतम समाधान नहीं है, केवल उपयुक्त स्थितियों का चयन करना है) (डिज़ाइन के लिए कोई इष्टतम समाधान नहीं है, केवल उस स्थिति का चयन करें जो स्थिति के लिए उपयुक्त हो।)
स्विचन संधारित्र को पूरा करने की आवश्यकता है: क्षमता ≥ 320uF (ओवरशूट आवश्यकताएं), सिरेमिक संधारित्र की क्षमता 2.435uF से अधिक है (मुख्य शर्त नहीं है, पूरा करना संभव है)
तालिका 15: स्विचन पावर सप्लाई आउटपुट फ़िल्टर संधारित्र के लिए अनुशंसित मॉडल चुनाव
तालिका 16: स्विचन पावर सप्लाई आउटपुट फ़िल्टर संधारित्र डिज़ाइन
4.3 LM25149 पावर सप्लाई इनपुट कैपेसिटेंस गणना
4.3.1 इनपुट धारिता गणना
तालिका 17: स्विचन पॉवर सप्लाई इनपुट फ़िल्टर धारिता गणना
तालिका 18: स्विचन पॉवर सप्लाई आउटपुट फ़िल्टर चयन
4.4 LM25149 मॉस्फेट चयन गणना
4.4.1 मॉस्फेट गणना
LM25149 डेटाशीट में बहुत सारी गणनाएं और चयन गणनाएं नहीं हैं, QG गणनाएं और अनुभवजन्य अनुमानों के आधार पर चयन पीछड़े तरीके से किया जाता है, गणना परिणाम 4.5-5.0V Vgs, ≤ 22nC चुनते हैं, गणना प्रक्रिया निम्न तालिका को संदर्भित करती है, मिलर प्लेटॉ के लिए 2-3V (लगभग 3V भी स्वीकार्य) चुनें, Rdson ≤ 8mΩ चुनें।
तालिका 19: मॉस्फेट चयन और गणना
4.5 मॉस्फेट चयन सिफारिशें
तालिका 20: मॉस्फेट चयन मॉडल
4.6 LM25149 FB और क्षतिपूर्ति गणना
तालिका 21: FB और क्षतिपूर्ति गणना
4.7 LM25149 EMC डिज़ाइन गणना
अति-विश्लेषण किए बिना, विनिर्देशों को संदर्भित करें।
5- डिज़ाइन सारांश
5.1 LM25149BUCK पावर सप्लाई डिज़ाइन चयन सारांश
तालिका 22: डिज़ाइन और चयन
5.2 कार्यक्रम सारांश
सिंक्रोनस स्विचन पावर सप्लाई के प्रदर्शन और दक्षता कई कारकों से प्रभावित होती है, प्रदर्शन और संकेतकों में वास्तविक कारकों को ध्यान में रखना आवश्यक है, इस अध्याय का उपयोग सैद्धांतिक गणना के लिए है, वास्तविक डिज़ाइन पर सैद्धांतिक मार्गदर्शन, डिज़ाइन के प्रदर्शन और संकेतक घटकों के प्रदर्शन, उपयोग की स्थितियों, लेआउट आदि के निकट से संबंधित हैं, जिनके लिए कड़ा परीक्षण और सत्यापन आवश्यक है।
हाई-पास डोमेन कंट्रोलर के लिए सिंक्रोनस बक पावर सप्लाई डिज़ाइन कंट्रोलर डिज़ाइन तकनीक के क्षेत्र में एक कठिन तकनीकी क्षेत्र है, जिसमें प्रदर्शन, आकार, लागत के बीच संतुलन बनाए रखने की आवश्यकता होती है। कोडक का ध्यान स्वतंत्र अनुसंधान और विकास तथा इंडक्टर के डिज़ाइन पर केंद्रित है। CSEB0660-1R0M हाई-पास प्लेटफ़ॉरम के विकास और अनुप्रयोग के लिए उपयुक्त है, इसमें उच्च लागत-प्रभावशीलता, संतृप्ति धारा के प्रति मजबूत प्रतिरोध, कम ऊष्मा जैसे तकनीकी लाभ हैं तथा यह उद्योग में अग्रणी पावर टू वॉल्यूम अनुपात से लैस है। कोडक का ध्यान प्रौद्योगिकी अनुसंधान एवं विकास, तकनीकी नवाचार पर है, जो इंडक्टर उद्योग के लिए उत्कृष्ट उत्पादों के विकास में सहायता करता है और इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों के विकास एवं अनुप्रयोग में सहायता प्रदान करता है।
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