פענוח עיצוב ספק כוח שלב ראשון של בקר תחום אוטומotive של Qualcomm: ניתוח מדידת בדיקת ביצועים

ההתפתחות המהירה של תעשיית כלי רכב בתפוקת אנרגיה חדשה דחפה צמיחה אקספוננציאלית בשרשראות התעשייה השונות. חכמת הרכב והנעתו האוטונומית הפכו לכיווני יתרון תחרותי מרכזיים עבור כלי רכב חשמליים, ומביאות עימן אתגרים וחוזקות חדשות למערכות מחשוב מרכזיים ובקרות תחום מאוד משולבות, במיוחד במונחים של אמינות, צפיפות הספק גבוהה, ספק כוח מתחלף, EMC, יעילות גבוהה ועלות נמוכה של ספקי כוח DC-DC.

Qualcomm, כספק של בקרים לדומיין של תא הנהג החכם, תופסת עמדה משמעותית עם SA8155 ו-SA8295. הסכסוכים בין זרם מעבר, זרם עבודה יציב, יעילות צריכת חשמל במצב המתנה, עלות ועיצוב EMC במפסק הראשוני של SOC של בקר הדומיין המרכזי (מהקלט מהסוללה למפסק המרה ראשוני) מהווים אתגר גדול בעיצוב של מפסק הספק BUCK. כיצד להתמודד עם סכסוכים אלו ולשנות את האיזון ביניהם הוא הכיוון הטכנולוגי למשהו משותף של יצרני ארכיטקטורת מפסקים, שבבי הספק, катушки, טרנזיסטורים MOSFET וקבלים.

1- סקירת תוכן

מאמר זה מתמקד בעיצוב ספק כוח של השלב הראשון לבודקי תחום מרכזיים לרכב עם זרם ספק כוח דלף גדול (100-300%), ודן בעיצוב ספקי כוח מתחלפים מסוג DC-DC, כולל פתרונות ספק כוח, בחירת катушки וקבלים ושיטות עיצוב נוספות, תוך התמודדות עם אתגרים בנפח, עלות, יעילות וביצועים, ודיון בעיצוב יישום מעשי.

פרק זה בודק את בודקי התחום של Qualcomm SA8295 כדוגמה כדי לחקור ולממש בדיקה ואימות של ספק כוח מתחלף מהסוג BUCK בשלב הראשון, ולהדגים האם תוצאות הבדיקה עומדות בעיצוב הצפוי.

סדרת המאמרים הזו מורכבת משלושה פרקים:

01- פענוח עיצוב ספק הכוח של השלב הראשון של בודק התחום האוטומotive של Qualcomm: עיצוב וחישוב ספק כוח

02- פענוח עיצוב ספק הכוח של השלב הראשון של בודק התחום האוטומotive של Qualcomm: עיצוב תרשים חיבורים ועיצוב PCB

03- פיענוח עיצוב ספק כח לשלב ראשון של בקר תחום אוטומotive של Qualcomm: ניתוח מדידת בדיקת ביצועים (פרק זה)

2- מטרות אימות

דרישות הזרם העברתי של SA8295 הן כדלקמן:

הערה: להפעלת NPU נדרשת צריכה נוספת של זרם. עיצוב זה אינו כולל את זרם העיצוב של NPU (3A+3A).

3- סביבת ותנאי הבדיקה

3.1 תנאי בדיקה

טמפרטורת הסביבה: 25°C (בפועל 24-27°C, מחושב כ-25°C)

3.2 מכשירי בדיקה ושיטות בדיקה

3.3 תרשימים ו-PCB

תַּיָּרָה סְכֵמָתִית

PCB

4- אימות בדיקה

אמת את הביצועים של גלי ריפל, דיוק מתח, יציבות, עלית טמפרטורה ויעילות שמפגין היכולת לספק עומס במצב יציב במתחים שונים (9-16V). בשל מגבלות שטח, בחר מדדי עיקרי ביצועים לצורך אימות באמצעות בדיקה.

① גלי ריפל: גלי ריפל תחת מתחים שונים של קלט וזרמי עומס;

② דיוק מתח: דיוק מתח פלט תחת מתחים שונים של קלט וזרמי עומס;

③ יכולת זרם עומס: בדיקת עקומת מתח זרם פלט, יעילות;

④ מאפייני עלית טמפרטורה: אמת אם תנאי הפעלה עומדים בדרישות.

4.1 יכולת עומס נמוכה-מתח (9.0V)

4.2 יכולת עומס מתח נורמלי (13.5V)

4.3 יכולת עומס מתח גבוה (16.0V)

4.4 מבחן זרם מתמשך

5. סיכום בדיקה

5.1 תוצאות הבדיקה

נקודות חשובות לשים לב:

①מטרת העיצוב העיקרית היא לעמוד בדרישות של זרם מעבר וזרם עבודה יציב. אם יבוצע עיצוב בהתאם עקרונית לערכים המרביים, עלות והנפח יגדלו (צפיפות עיצוב PCB תקטן), אך בפועל לא קיימת דרישה לפעול בצורה יציבה ב-18A;

②הרטט קל לעמוד בו באמצעות קondenסורים קרמיים, כולם מתחת ל-50mV;

③סליל החזקה בעל התנגדות DCR טובה ומאפייני רוויה רכה מצוינים, פלט מעשי של זרם 21A;

④עיצוב זה מסוגל לפעול מעל 20 אמפר לתקופות קצרות, תוך שמירה על רמות טובות של יעילות ועליית חום בטווח 8-12A.

6- רשימת חומרים

7- בחירת מוליך שרה

כרכיב חשוב בשלב הראשון של אספקת החשמל בבורghiים של רכב, הביצועים של מוליכי שרה הם קריטיים לאמינות וליעילות ההמרה של ספק כוח מתחמם DC-DC. בפתרון העיצוב הזה, נעשה שימוש במוליך שרה טבלי CODACA VSEB0660-1R0M עבור יישומי רכב. לסדרה זו של מוליכי שרה יש אובדן נמוך, יעילות גבוהה, טווח תדרים רחב לשימוש, עמידות חזקה בזרם רוויה, יצור חום נמוך ויחס מחיר-ביצועים גבוה. העיצוב הדק מציע צפיפות הספק מובילה בענף, מה שעושה אותו מתאים במיוחד לפיתוח ויישום של פלטפורמות Qualcomm.