नई ऊर्जा वाहन उद्योग का तेजी से विकास प्रत्येक उद्योग श्रृंखला में अत्यधिक वृद्धि को प्रेरित कर दिया है, ऑटोमोटिव इंटेलिजेंस, स्वायत्त ड्राइविंग नई ऊर्जा वाहनों की दिशा में सबसे महत्वपूर्ण प्रतिस्पर्धी क्षमता बन गई है, उच्च एकीकृत केंद्रीय मस्तिष्क और डोमेन कंट्रोलर को नए अवसर और चुनौतियों का सामना करना पड़ रहा है, विशेष रूप से डीसी-डीसी स्विचन बिजली की आपूर्ति की विश्वसनीयता, उच्च शक्ति घनत्व, स्विचन पावर एमईएमसी, उच्च दक्षता, लागत प्रभावी 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 स्तर 1 बिजली की आपूर्ति) अस्थायी धारा, स्थिर संचालन धारा, स्टैंडबाय संचालन दक्षता, लागत, और स्विचन बिजली की आपूर्ति EMC डिजाइन के बीच विरोध बीयूसीक बिजली की आपूर्ति डिजाइन के लिए एक बड़ी चुनौती बन गई है। इन विरोधों को कैसे हल करें और संतुलित करें, यह स्विचन पावर सप्लाई आर्किटेक्चर, पावर सप्लाई चिप्स, इंडक्टर्स, मोस्फेट, कैपेसिटर्स निर्माताओं के साथ मिलकर तकनीकी दिशा में काम करने का विषय है।
इस पेपर में, बड़े डायनेमिक स्विचिंग पॉवर सप्लाई करंट (100-300%) ऑटोमोटिव सेंट्रल डोमेन कंट्रोल स्तर 1 पॉवर सप्लाई डिज़ाइन के लिए, डीसी-डीसी स्विचिंग पॉवर सप्लाई के डिज़ाइन की जांच करें, जिसमें पॉवर सप्लाई योजना, इंडक्टर, कैपेसिटर चयन और अन्य डिज़ाइन विधियां शामिल हैं, आयतन, लागत, दक्षता, प्रदर्शन चुनौतियों को ध्यान में रखते हुए और वास्तविक दुनिया में लैंडिंग डिज़ाइन।
क्वालकॉम SA8295 डोमेन कंट्रोलर के उदाहरण का उपयोग करके, इस अध्याय में प्राथमिक BUCK स्विचिंग पॉवर सप्लाई के एक वास्तविक डिज़ाइन की चर्चा और कार्यान्वयन किया जाता है।
इस अध्याय के लिए श्रृंखला के पहले भाग (BUCK स्विचिंग पॉवर सप्लाई सिद्धांत और गणना का विवरण) की गहन समझ आवश्यक है, और LM25149 के आधार पर विस्तृत BUCK पॉवर सप्लाई डिज़ाइन करना जारी रखता है।
इस लेख श्रृंखला में तीन भाग शामिल हैं (उपरांत निरंतर अपडेट):
01-दिसंबर क्वालकॉम ऑटोमोटिव डोमेन कंट्रोलर स्तर 1 पॉवर सप्लाई डिज़ाइन की व्याख्या: पॉवर सप्लाई डिज़ाइन और गणना (प्रकाशित)
02-क्वालकॉम ऑटोमोटिव डोमेन कंट्रोलर लेवल 1 पावर सप्लाई डिज़ाइन की व्याख्या: स्कीमैटिक डिज़ाइन और PCB डिज़ाइन (इस अध्याय में )
03-क्वालकॉम ऑटोमोटिव डोमेन कंट्रोलर लेवल 1 पावर सप्लाई डिज़ाइन की व्याख्या: प्रदर्शन परीक्षण माप विश्लेषण (जल्द आ रहा है)
1- डिज़ाइन लक्ष्य और चुनौतियाँ
1.1 SA8295 ट्रांजिएंट करंट आवश्यकताएँ
तालिका 1: SA8295 पावर सप्लाई डिज़ाइन आवश्यकताएँ
टिप्पणी: नवीनतम SA8295 डिज़ाइन के लिए 21A (1 NPU) और 24A (2 NPUs) की आवश्यकता होती है, जिसे यह डिज़ाइन कवर कर सकता है (30A ओवरकरंट सुरक्षा)
1.2 डिज़ाइन उद्देश्य
यह डिज़ाइन उपयोग करती है LM25149 का उपयोग डोमेन कंट्रोलर के लिए प्राथमिक पावर सप्लाई डिज़ाइन करने में , 24A (100µs) की अस्थायी धारा को समर्थन करने में सक्षम है और 10A से अधिक स्थिर-अवस्था संचालन की आवश्यकताओं को पूरा करता है, आकार, लागत और प्रदर्शन के बीच संतुलित समझौता प्राप्त करते हुए।
टिप्पणी: अस्थायी धारा तापीय समस्या नहीं उत्पन्न करती (Qualcomm SA8295 के लिए, अस्थायी धारा केवल 100µs तक चलती है)। हालाँकि, बड़ी स्थिर-अवस्था धारा तापमान वृद्धि का कारण बन सकती है, इसलिए तापीय प्रदर्शन के प्रभाव का मूल्यांकन किया जाना चाहिए (डिज़ाइन समाधान को वास्तविक पर्यावरणीय स्थितियों के आधार पर चुना जाना चाहिए)।
2- विद्युत और PCB डिज़ाइन
2.1 मुख्य घटक चयन
डोमेन कंट्रोलर स्तर के स्विचन बिजली की आपूर्ति घटक चयन मानदंड: प्रदर्शन प्राथमिकता, लागत को ध्यान में रखते हुए, जबकि PCB के क्षेत्र को कम करना; BUCK स्विचन बिजली की आपूर्ति EMC मुद्दों और धारा लूप मुद्दों पर विचार करें, BUCK स्विचन बिजली की आपूर्ति डिज़ाइन सिद्धांत और नियमों के अनुरूप, सामान्य डिज़ाइन पद्धति को संदर्भित कर सकते हैं।
विवरण के लिए अध्याय 1 देखें इलेक्ट्रॉनिक घटक चयन और गणना पर (क्वालकॉम ऑटोमोटिव डोमेन कंट्रोलर लेवल 1 पावर सप्लाई डिज़ाइन को सरल बनाना: पावर सप्लाई डिज़ाइन और गणना)
यह डिज़ाइन विकल्प 2 का चयन करता है (C1210 पैकेज में आठ 47uF सिरेमिक संधारित्रों का उपयोग करना)। डिज़ाइन इस चयन तक सीमित नहीं है, उत्पाद डिज़ाइन को मॉडल की वास्तविक स्थिति के अनुसार समायोजित किया जा सकता है, और वास्तविक परीक्षण परिणामों के आधार पर डिज़ाइन अनुकूलन किया जा सकता है।
तालिका 2: BUCK पावर सप्लाई - डिज़ाइन योजना
2.1.1 BUCK पावर सप्लाई - मॉसफेट का चयन
तालिका 3: BUCK पावर सप्लाई - मॉसफेट का चयन
2.1.2 BUCK पावर सप्लाई - प्रेर का चयन
मॉडल नंबर का उपयोग करके प्रेरक का चयन: VSEB0660-1R0MV
तालिका 4: प्रेरक का चयन
2.1.3 BUCK पावर सप्लाई - आउटपुट फ़िल्टर संधारित्र का चयन
तालिका 5: BUCK पावर सप्लाई - आउटपुट फ़िल्टर संधारित्र का चयन
2.1.4 बक पावर सप्लाई-इनपुट फिल्टर कैपेसिटर चयन
तालिका 6: बक पावर सप्लाई - इनपुट फिल्टर कैपेसिटर चयन
2.2 आरेख और पीसीबी डिज़ाइन उपकरण डिज़ाइन
2.2.1 आरेख और पीसीबी डिज़ाइन: कैरिट्रॉन ईडीए ( https://lceda.cn/)
चित्र 1 कैरिट्रॉन ईडीए का परिचय
जियालिट्रॉन ईडीए एक प्रमुख मुफ्त ईडीए विकास उपकरण है, शक्तिशाली और कुशल विकास, यह डिज़ाइन जियालिट्रॉन ईडीए का उपयोग करके आरेख और पीसीबी को डिज़ाइन करता है।
2.3 बक पावर सप्लाई-आरेख डिज़ाइन
2.3.1 बक पावर सप्लाई-आरेख डिज़ाइन
आरेख डिज़ाइन एलएम25149-क्यू1 डेटाशीट और आधिकारिक विकास बोर्ड को संदर्भित करता है, और डिज़ाइन बक स्विचन पावर सप्लाई के मूलभूत सिद्धांतों और उच्च-पारगमन क्षेत्र नियंत्रक की प्रथम स्तर पावर सप्लाई डिज़ाइन आवश्यकताओं के अनुरूप है।
चित्र 2 एलएम25149 आरेख
2.3.2 बक पावर सप्लाई - स्कीमैटिक डिज़ाइन पर केंद्रित तकनीक
इनपुट पोर्ट ईएमसी सर्किट:
तकनीकी बिंदु:
① L1 की मुख्य भूमिका स्विचिंग पावर सप्लाई के चालन विकिरण शोर के कारण इनपुट पावर सप्लाई पर प्रभाव को कम करना है, स्विचिंग पावर सप्लाई की स्विचिंग आवृत्ति 2.2 मेगाहर्ट्ज़ है, L1 और C23 LC फ़िल्टर सर्किट (C16 500 किलोहर्ट्ज़ से नीचे की निम्न आवृत्ति के लिए एक इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर है) बनाते हैं, 2.2 मेगाहर्ट्ज़ पर 60 डीबी कम करते हैं।
② C21 स्विचिंग शोर (पावर ट्यूब के उठते और गिरते किनारों की झंकृति) को कम करता है और मुख्य रूप से 10-100 मेगाहर्ट्ज़ से EMC शोर को कम करता है।
③ यदि C21, C23 एक पावर सप्लाई (सुरक्षा से पहले) है, तो आपको फ्लेक्सिबल टर्मिनल कैपेसिटर प्रकार का चयन करने की आवश्यकता है, यदि यह सुरक्षित है, तो आप कार विनिर्देश कैपेसिटर का चयन कर सकते हैं। एक समान सुरक्षा तंत्र प्राप्त करने के लिए श्रृंखला में दो कैपेसिटर का उपयोग करके ऑर्थोगोनल लेआउट भी किया जा सकता है।
पावर मॉस्फेट और LM25149 के लिए, इनपुट समाई डीकपलिंग समाई की समान आवश्यकताएं होती हैं, यह डिज़ाइन प्रदर्शन सत्यापन के लिए उपयोग नहीं की जाती है, एकल सिरेमिक का उपयोग करें, उत्पाद-स्तर के डिज़ाइन को ऑटोमोटिव-ग्रेड डिज़ाइन आवश्यकताओं का पालन करना चाहिए।
टिप्पणी: LM25419 सक्रिय EMC उन्मूलन और डबल रैंडम स्प्रेड स्पेक्ट्रम तकनीक, केवल कुछ हद तक EMC आयाम को कम कर सकता है, और EMC को समाप्त नहीं कर सकता है, 2.2MHz स्विचिंग आवृत्ति से संबंधित ऊर्जा के लिए, उच्च-धारा (≥ 10A) से अधिक अनुप्रयोग का जोखिम मानक से अधिक हो गया, वास्तविक डीबगिंग पर आधारित होना चाहिए, यदि C23 को हटाने के बाद भी संचालन के माध्यम से विकिरणित किया जा सकता है, तो C23 के अनुप्रयोग द्वारा बचत की जा सकती है, लागत कम करें।
BUCK पावर इनपुट कैपेसिटर:
① BUCK पावर इनपुट कैपेसिटेंस के लिए C2, C3, स्विचन पावर सप्लाई EMC प्रदर्शन महत्वपूर्ण है, 10uF कैपेसिटेंस चयन 2Mhz के पास प्रतिबाधा ≤ 5mΩ, CGA4J1X8L1A106K125AC और CGA6P1X7S1A476M250AC के पास संदर्भ के लिए अच्छी तकनीकी विनिर्देश हैं, कैपेसिटेंस चयन X7R, 35V/50V सहन वोल्टेज के साथ चुना जा सकता है, पैकेज C1210 और C1206 हो सकता है। यह डिज़ाइन चयन C1210 पैकेज करता है, आप प्रदर्शन को सत्यापित करने के लिए अधिक मॉडलों का उपयोग कर सकते हैं।
② उच्च-आवृत्ति स्विचन EMC कैपेसिटर्स के लिए C4, 50V X7R चुनें, C0402 पैकेज हो सकता है।
C2, C3, C4, लेआउट के बारे में ध्यान रखें कि धारा लूप (लेआउट विवरण को देखें), BUCK पावर इनपुट कैपेसिटेंस आवश्यकताओं और डिज़ाइन सिद्धांत के अनुरूप है, BUCK स्विचन पावर सप्लाई सिद्धांत सीखकर इनपुट कैपेसिटेंस के बारे में समझ को गहरा किया जा सकता है।
③ TP7,TP9,TP13 का उपयोग स्विच TG, BG और SW सिग्नल का परीक्षण करने के लिए किया जाता है, मृत समय उचितता, ऑस्किलेशन प्रदर्शन, और MOSFET बढ़ते किनारे और गिरते किनारे के प्रदर्शन का परीक्षण करने के लिए, यह स्विचन बिजली की आपूर्ति विद्युत प्रदर्शन परीक्षण संकेतकों का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है।
GND के TP परीक्षण बिंदु का उपयोग दोलन दर्शी (ऑसिलोस्कोप) परीक्षण GND लूप को कम करने और परीक्षण की सटीकता में सुधार करने के लिए किया जाता है, LAYOUT को परीक्षण सिग्नल के संबंधित परीक्षण बिंदु के जितना संभव हो सके पास रखने की आवश्यकता होती है।
MOSFET गेट ड्राइव प्रतिरोधक:
① R1 और R2 MOSFET गेट ड्राइव प्रतिरोधक हैं, जो पावर MOSFET के बढ़ते और गिरते किनारे पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालते हैं।
② R1, R2 चयन को BUCK पावर कंट्रोलर आउटपुट धारा (कंट्रोलर (PULL और PUSH प्रतिरोधक), पावर MOSFET गेट प्रतिबाधा और आवेश विशेषताओं (इनपुट समाई CISS) के समग्र कारणों से नियंत्रित किया जाता है। प्रारंभिक डिज़ाइन में प्रतिरोधक योग के चयन के लिए ≤ 10 ओम, लेकिन यह आवेश विशेषताओं पर भी निर्भर करता है, अंतिम फाइन-ट्यूनिंग की आवश्यकता होती है, उचित प्रतिरोध मान का चयन करें।
③ R1 और R2 स्विचिंग शोर EMC के लिए भी सबसे महत्वपूर्ण मापदंड हैं, जबकि कोर सर्किट कारकों के स्विचिंग नुकसान को प्रभावित करता है, व्यावहारिक अनुप्रयोगों में दक्षता (MOSFET हीटिंग) और EMC विरोधाभासों के बीच संतुलन बनाए रखने के लिए एक संतुलन बिंदु प्राप्त करना है।
टिप्पणी: स्विचिंग विशेषताओं और मृत समय का परीक्षण करने के लिए 6 परीक्षण बिंदु।
आउटपुट पावर लूप:
① प्रेरत्व चयन: प्रेरकत्व चयन दो मुख्य मानदंडों के आधार पर किया जाता है:
-अस्थायी संचालन धारा: अस्थायी आउटपुट 21 (24) A (समय: 100us) कर सकते हैं;
- स्थिर अवस्था संचालन धारा: 10A, 10A धारा पर स्थिर रूप से काम करने में सक्षम (85° परिवेश तापमान स्थितियों को कवर करता है);
- संक्रमणकालीन संचालन धारा अवधि ≤ 100 माइक्रोसेकंड, और यह स्टार्ट-अप चरण में होती है, केवल यह सुनिश्चित करना होता है कि इंडक्टर संतृप्त न हो, जिससे आवश्यकताओं को पूरा किया जा सके (आवश्यकता धारा इंडक्टेंस मान को पूरा करना)।
② नमूना प्रतिरोधक का चयन: नमूना प्रतिरोधक चयन R1206 पैकेज, उष्मीय शक्ति अपव्यय ≥ 0.5W;
③ संधारित्रों का चयन: संदर्भ: अध्याय के भाग के आउटपुट फ़िल्टर संधारित्र अध्याय;
फ़ीडबैक सर्किट:
LM25149 में एक निर्धारित आउटपुट कॉन्फ़िगरेशन और एक फ़ीडबैक आउटपुट कॉन्फ़िगरेशन है, विवरण के लिए डेटाशीट देखें;
① VDDA से जुड़ा R14l, 3.3V आउटपुट
② R14=24.9K, 5.0V आउटपुट
③ R14=49.9K, 12.0V आउटपुट
R14, R9 और R10 कॉन्फ़िगर आउटपुट वोल्टेज के लिए खाली पेस्ट है;
R19 और आरक्षित TP3, TP4: परीक्षण, चरण मार्जिन, क्रॉसिंग फ्रीक्वेंस आदि के लिए।
टिप्पणी: TP3 और TP4 का उपयोग परीक्षण, चरण मार्जिन, क्रॉसिंग फ्रीक्वेंस आदि के लिए किया जाता है।
फ़ंक्शन सेटिंग:
① EN: सक्षम सिग्नल, ≥1.0V पर बिजली चालू हो जाती है, इसका उपयोग सटीक अंडरवोल्टेज सुरक्षा के लिए किया जा सकता है;
② Sync-PG: सिंक्रोनस आउटपुट या पॉवर गुड, यह डिज़ाइन पॉवर गुड के लिए उपयोग की जाती है;
③ PFM/SYNC
-डिफ़ॉल्ट (NC) जंपर: डायोड एनालॉग, कम धारा आउटपुट, उच्च दक्षता में काम कर सकता है;
-शॉर्ट सर्किट जंपर को GND पर, CCM मोड में बाध्य करें;
④ चिप ऑपरेटिंग मोड सेटिंग: कुल पांच ऑपरेटिंग मोड (विनिर्देश देखें)
2.4 BUCK पावर सप्लाई-PCB डिज़ाइन
2.4.1 बक पॉवर सप्लाई-पीसीबी डिज़ाइन
① -शीर्ष
② -GND
③ -सिग्नल
④ -तल
2.4.2 बक पॉवर सप्लाई-पीसीबी डिज़ाइन पर ध्यान केंद्रित करना प्रौद्योगिकी पर
इनपुट और आउटपुट प्रतिरोध के छल्ले:
① बक पॉवर सप्लाई इनपुट प्रतिरोध और आउटपुट प्रतिरोध को न्यूनतम लूप बनाए रखने के लिए, EMC पर एक महत्वपूर्ण प्रभाव है;
② C4 मुख्य रूप से स्विचन उठाने और गिरावट के किनारे की घंटी की आवाज़ को सोखने के लिए उपयोग किया जाता है।
MOSFETs और प्रेरक लूप:
① दो-इन-वन मॉस्फेट के उपयोग से लेआउट क्षेत्र कम हो जाता है और लागत कम हो जाती है, लेकिन इसका नुकसान यह है कि लेआउट SW न्यूनतम लूप बनाए नहीं रख सकता;
② दो-इन-वन मॉस्फेट के SW बिंदु PCB संरेखण की समान परत को साकार नहीं कर सकता है, और शक्ति धारा की निरंतरता को साकार करने के लिए परत बदलकर प्लेन को बिछाने की आवश्यकता होती है।
धारा का सैंपलिंग:
① सैंपलिंग धारा के लिए संदर्भ GND प्लेन के साथ अंतर वर्ती संरेखण की आवश्यकता होती है;
② इम्पीडेंस नियंत्रण और समान लंबाई की आवश्यकता नहीं होती है, और संरेखण लेआउट न्यूनतम अंतर बनाए रखता है।
FB पुनर्योजन:
प्रतिरोधक और अन्य उपकरण नियंत्रण चिप पिन के निकट होते हैं।
ऊष्मा निष्कासन और GND:
ऊष्मा उत्पन्न करने वाले उपकरण: मॉस्फेट, प्रेरक और सैंपलिंग प्रतिरोधक, आप ऊष्मा संचालित करने के लिए प्लेन क्षेत्र में उचित वृद्धि कर सकते हैं, और GND पर्फोरेशन में वृद्धि करके पूरे संस्करण की ऊष्मा निष्कासन स्थिति में सुधार करने में मदद कर सकते हैं।
3- डोमेन नियंत्रित स्तर 1 BUCK पावर सप्लाई डिज़ाइन - सारांश
3.1 3डी ड्राइंग
3डी चित्र-1
3डी चित्र-2
3.2 डिज़ाइन सारांश
① स्विचिंग पावर सप्लाई डिज़ाइन में 4-लेयर डिज़ाइन अपनाया गया है, पीसीबी मोटाई 1.6मिमी और आकार 30X65मिमी है;
② आउटपुट करंट क्वालकॉम SA8295 अधिकतम 24A ट्रांजिएंट करंट को पूरा कर सकता है, स्थिर अवस्था में 10A या अधिक आउटपुट क्षमता का समर्थन करता है।
4- परिचय Codaca इलेक्ट्रानिक्स
Codaca स्वतंत्र आरएंडडी, डिज़ाइन और निर्माण पर ध्यान केंद्रित करता है, VSEB0660-1R0M क्वालकॉम प्लेटफॉर्म विकास और अनुप्रयोग के लिए उपयुक्त है। इसमें उच्च लागत प्रभावकारिता, संतृप्ति करंट के प्रतिरोध में अधिकता, कम ऊष्मा उत्पादन और उद्योग में अग्रणी शक्ति-आयतन अनुपात के तकनीकी लाभ हैं। Codaca प्रेरक उद्योग के लिए तकनीकी अनुसंधान और विकास, तकनीकी नवाचार, उत्कृष्ट उत्पादों के अनुसंधान और विकास पर ध्यान केंद्रित करता है, इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों के विकास और अनुप्रयोग में सहायता के लिए।
5- परीक्षण और सत्यापन
अनुसरण परीक्षण सत्यापन के लिए, कृपया देखें: 03-क्वालकॉम के ऑटोमोटिव डोमेन कंट्रोलर लेवल 1 पावर सप्लाई डिज़ाइन की व्याख्या: प्रदर्शन परीक्षण माप विश्लेषण (जल्द आ रहा है)
[संदर्भ]
1.LM25149-Q1：ti.com.cn/product/cn/LM25149-Q1
2.BUK9K6R2-40E： https://www.nexperia.cn/product/BUK9K6R2-40E
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