新エネルギー車産業の急速な発展により、さまざまな産業チェーンにわたる爆発的な成長が促進されています。車両の知能化と自動運転は、新エネルギー車における最も重要な競争優位性の方向性となり、高密度で高度に統合された中央制御ユニットやドメインコントローラーに対して新たな課題と機会をもたらしています。特に、DC-DC電源における信頼性、高出力密度、スイッチング電源、EMC、高効率性、低コストといった点において顕著です。
Qualcommはスマートコクピットドメインコントローラーのサプライヤーとして、SA8155およびSA8295で重要な地位を占めています。中央ドメインコントローラーSOCの第1段階電源（バッテリー入力から第1段階変換電源）において、過渡電流、定常運転電流、待機時の電力効率、コスト、EMC設計の間には相反する課題があり、BUCK電源設計にとって大きな挑戦となっています。これらの相反する要件をどのように解決し、バランスを取るかが、スイッチング電源アーキテクチャ、電源用チップ、インダクタ、MOSFET、コンデンサメーカー各社が共同で取り組むべき技術的方向性です。
1- 内容概要
本記事では、動的スイッチング電源電流が大きい（100〜300％）自動車用中央ドメインコントローラの第1段階電源設計に焦点を当て、DC-DCスイッチング電源の設計、電源ソリューション、インダクタおよびコンデンサの選定、その他の設計手法について検討するとともに、サイズ、コスト、効率、性能における課題に対処し、実用的な実装設計について議論します。
本章では、Qualcomm SA8295ドメインコントローラを例に取り、第1段階BUCKスイッチング電源の試験および検証を検討・実施し、試験結果が期待される設計要件を満たしているかどうかを示します。
この一連の記事は以下の3つの章で構成されています：
01- Qualcomm自動車用ドメインコントローラ第1段階電源設計の解説：電源設計と計算
02- Qualcomm自動車用ドメインコントローラ第1段階電源設計の解説：回路図設計とPCB設計
03- Qualcomm自動車用ドメインコントローラーの一次電源設計を解読：性能試験の測定分析（本章）
2- 検証目的
SA8295の過渡電流要件は以下の通りです：
注：NPUのアクティベーションには追加の電流消費が必要です。本設計では、NPUの設計電流（3A+3A）は含まれていません。
3- 試験環境および条件
3.1 試験条件
周囲温度：25°C（実際は24～27°C、計算上は25°Cとして扱う）
3.2 試験機器および試験方法
3.3 回路図およびPCB
スキーマ図
電子化
4- 試験検証
異なる電圧（9-16V）における定常負荷能力のリップル、電圧精度、安定性、温度上昇および効率の性能を検証する。スペースに制限があるため、主要な性能指標を選択して試験検証を行う。
① リップル： 異なる入力電圧および負荷電流におけるリップル；
② 電圧精度： 異なる入力電圧および負荷電流における出力電圧精度；
③ 負荷電流容量： 出力電流電圧、効率曲線の試験；
④ 温度上昇特性： 動作条件が要件を満たしているかを確認する。
4.1 低圧負荷容量（9.0V）
4.2 通常電圧負荷能力 (13.5V)
4.3 高電圧負荷能力 (16.0V)
4.4 連続電流試験
5. 試験概要
5.1 試験結果
注目すべきいくつかの点：
① 主な設計目的は、過渡電流および定常運転電流の要件を満たすことである。最大値に基づいて完全に設計すると、コストと体積が増加する（PCB設計密度の低下）が、実際には18Aで安定して動作するような条件は存在しない。
② セラミックコンデンサを使用すればリップルは容易に50mV以下に抑えられる。
③ パワーチョークコイルは優れたDCRおよび電流のソフトサチュレーション特性を持ち、実際に21Aの出力電流を達成している。
④ この設計では短時間であれば20アンペア以上での動作が可能であり、8-12Aにおける効率および温度上昇も良好なレベルを維持できる。
6- キー材料 BOM
7- インダクタの選定
自動車用ドメインコントローラの一次電源における重要な構成部品として、インダクタの性能はDC-DCスイッチング電源の信頼性と変換効率に極めて重要です。本設計ソリューションでは、CODACA製の自動車規格対応モールドパワーインダクタVSEB0660-1R0Mを採用しています。このシリーズのインダクタは、損失が低く、高効率で、広い使用周波数範囲を持ち、飽和電流に対する耐性が強く、発熱が少なく、コストパフォーマンスに優れています。スリム設計により業界トップクラスの高出力密度を実現しており、Qualcommプラットフォームの開発および応用に非常に適しています。
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