EN
Жылдам сілтемелер
Жаңартылған энергетикалық көлік өнеркәсібінің тез дамуы әртүрлі өнеркәсіптік тізбектер бойынша экспоненциалды өсуіне ықпал етті. Көліктің интеллектуалдылығы мен автономиялық жүргізу жаңартылған энергетикалық көліктердің ең маңызды бәсекелестік бағыттарына айналды, ол орталық ми мен домендік контроллерлерге жоғары дәрежеде интеграцияланған жағдайда, әсіресе DC-DC импульстік қоректендіру құрылғыларының сенімділігі, жоғары қуаттық тығыздығы, импульстік қоректендірудің EMC параметрі, жоғары пайдалы әсер коэффициенті және жоғары құнына сәйкес келетін тиімділігі тұрғысынан жаңа шақтар мен мүмкіндіктер туғызды.
SA8155 және SA8295 моделдерін ұсынатын Qualcomm интеллектуалды кабина доменінің бақылау құрылғыларының тасымалдаушысы ретінде белгілі. Орталық домендік бақылауыштың SOC негізгі қуаты (батарея енгізуінен бастап біріншілік түрлендіруге дейін) өту тогы, тұрақты жұмыс істеу тогы, дайындық режиміндегі қуат пайдалану тиімділігі, құны және импульсті қуаттандыру (SMPS) EMC дизайны арасындағы қайшылықтар BUCK қуаттандыру құрылғысын жобалаудағы негізгі қиыншылық болып табылады. Бұл қайшылықтарды шешу және тепе-теңдікті қалыптастыру — импульсті қуаттандыру архитектурасы, қуат чиптері, индуктивтік орамдар, МОП-транзисторлар және конденсаторлар бірігіп жұмыс істейтін техникалық бағыт.
Бұл мақалада автомобиль қолданбалары үшін орталық домендік басқару құрылғысының негізгі электрмен қамтамасыз ету жобасы үлкен динамикалық импульстік электрмен қамтамасыз ету тогы (100-300%) үшін біріктіріледі, қуат беру шешімдері, индуктивті және сыйымдылықты таңдау әдістерін қоса алганда, DC-DC импульстік электрмен қамтамасыз ету құрылғыларының жобасы зерттеледі. Көлем, құны, пайдалы әсер коэффициенті және өнімділік сияқты мәселелерге назар аудара отырып, практикалық жобалау талқыланып, іске асырылады.
Бұл мақалада Qualcomm компаниясының SA8295 домендік басқару құрылғысы мысал ретінде алынып, негізгі BUCK импульстік электрмен қамтамасыз ету құрылғысының практикалық жобасы зерттеліп және іске асырылады.
Бұл мақалалар сериясы үш бөлімнен тұрады (одан әрі жаңартылады):
01- Qualcomm Автомобильдік Домендік Басқару Құрылғысының Бірінші Сатысының Электрмен Қамтамасыз Ету Жобасын Таңбасыздандыру: Электрмен Қамтамасыз Ету Жобасы мен Есептеу (осы бөлім)
1- Жобалау мақсаттары мен қиындықтар
1.1 SA8295 үшін Өту Ток Талаптары
Кесте 1: SA8295 Қуат Жобасының Талаптары
1.2 SA8295 күту режиміндегі ток талаптары
Qualcomm SOC 3.3V қуат көзінің күту режиміндегі қуат тұтынуы 4-7,5 мА (жадтың өзін-өзі жаңарту қуатын қоса есептегенде) ішінде болуы тиіс, күту режимінен шығуын қолдайды.
Орталықтық ми (Кабина аймағының бақылауышы) барлық көліктің ток бюджеті 7-10мА (13,5 В), 4G/5G модулі жеке 4-5мА тұтынады, Qualcomm SA8295 тогы 13,5 В 3мА (40мВт) немесе одан аз.
1.3 Үш қиындық
1.3.1 Қиындық 1: Qualcomm аймағының бақылауышы SA8295 айырбастау қоректендіруінің тогының шығысы
Үлкен өту тогы, 3,3 В, 18 ампер (0,1мс), 0,1мс DC-DC айырбастау қоректендіруі үшін тұрақты күйде шығу үшін әлі ұзақ уақыт болып табылады, buk қоректендіруін тұрақты 18 ампер шығысқа лайықталып жасау керек.
1.3.2 Қиындық 2: Жоғары сапалы аймақ бақылауышы SA8295 айырбастау қоректендіруінің динамикасы
SA8295 аймағының бақылауышының тұрақты жұмыс тогы 5-9 ампер, бұл индуктивтіліктегі айырбастау қоректендіруінде (индуктивтілік номиналды токқа кері пропорционал) көлем, құны және жиілік тұрғысынан 300%-дан астам тұрақты жұмыс тогының айырмашылығына әкеледі, бұл маңызды қақтығыстар туғызады.
1.3.3 Қиындық 3: Жоғары сапалы аймақ бақылауышы SA8295 айырбастау қоректендіруінің микротоктық тиімділігі
13,5 В 3 мА кезінде 70% пайдалы әсер коэффициенті бар тұрғын режимдегі қуатты тұтыну қоректендіру контроллерінің архитектурасы мен индуктивті элементті таңдау сұрағына үлкен шабуыл жасайды.
Бұл жоба ең үлкен SA8295 басты buck қоректендіру жүйесінің жобалау шақырысына негізделе отырып, импульсті қоректендіру жүйелері мен DC-DC технологиялық шешімдерінің негізгі қиыншылықтарын зерттейді.
2- Шешім таңдауының салыстырмасы
2.1 Qualcomm SA8295 аймақтық бақылау қуатының техникалық талаптары
Кесте 2-де көрсетілгендей:
Кесте 2: Qualcomm SA8295 қуат жобасының техникалық сипаттамалары талаптары
2.2 Жобалау схемасы мен техникалық құжаттама
MPQ2918, MPQ2930, LM25141-Q1, MAX20098, LTC7803, LM25149-Q1 және т.б. барлығы жобалау талаптарын қанағаттандырады. Бұл жобада орталық ми аймағының контроллерінің негізгі қоректендіру жүйесі ретінде LM25149-Q1 таңдалды.
2.2.1 Ресми LM25149-Q1 мекенжайы:
https://www.ti.com.cn/product/cn/LM25149-Q1?keyMatch=LM25149-Q1
Кесте 3: LM25149-Q1 жобасының анықтамалық материалдары
2.2.2 LM25149-Q1 техникалық сипаттамасы:
2.2.3 LM25149-Q1 дамыту тақтасы:
LM25149-Q1 EVM Пайдаланушы нұсқаулығы (Rev. A) (ti.com.cn)
2.2.4 Активті фильтрдің тұрақтылығы мен өнімділігі:
Активті EMI фильтрлерінің тұрақтылығы мен өнімділігін қамтамасыз ету әдісі (ti.com.cn)
2.2.5 LM5149-LM25149 Дизайн Құралдары :
LM5149-LM25149DESIGN-CALC Есептеу құралы | TI.com
3- Синхрондық BUCK қуат көзін жобалау және есептеу
3.1 LM25149 негізгі техникалық сипаттамалары мен жобалау параметрлері
Кесте 4: Qualcomm SA8295 қуат жобасының техникалық сипаттамалары талаптары
Тиімділік
Белсенді EMI сүзгілер
EMI сынақ
Сілтеме әлпетінің сұлбасы
Сілтеме әлпеті шешімін бағалау тақтасы
3.2 LM25149 Синхронды BUCK индуктор таңдау есебі
3.2.1 Синхронды BUCK импульстық қоректендіру көзінің формуласы:
5-кесте: Синхрондық BUCK қуат көзінің есептеу формуласы
3.3 Минималды индуктивтілікті есептеу
(Есептеу формуласы, 5-кестеге қараңыз)
6-кесте: Минималды индуктивтілік мәнін есептеудің қисық сызығы (∆I=0,3)
Кесте 7: Минималды индуктивтілік есебі
3.3.1 Индуктивтілікті есептеу деректерінің қорытындысы:
① Егер жобалау 6-20A аралығын қамтитын болса (AI=0,3 есептеу), 16 В кіріс және 6 А шығыс кезінде индуктивтілік ≥0,69 мкГн болуы тиіс.
② Қосқыш қуат көзінің индуктивтілігі Lmin теориялық есептеуі: ≥ 0,69мкГн (теориялық);
③ Нақты жобалау таңдауын және индуктивтілікке ±20% дәлсіздікті ескере отырып, 0,82 мкГн және 1,0 мкГн мәндерін оптималды жоба ретінде таңдау ұсынылады (индуктивтіліктің өсуі индуктивтіліктің өлшемін, құнын арттырады және SRF-ді төмендетеді).
3.4 Индуктивтілік бойынша токты есептеу
(Формула: 5-кестенің 1 және 2 тармақтарына қараңыз)
Кесте 8: 0,82мкГн Индукторлық ток есебі
Кесте 9: 1,0мкГн Индукторлық ток есебі
3.4.1 Теориялық есептеу бойынша индуктивтіліктің қанығу тоғы ≥ 20,76 А, дөңгелектеп 21 А-ге тең
10-кесте: Индуктивтілік элементінің сипаттамалары
4- ИНДУКТИВТІЛІК ЭЛЕМЕНТІН ТАҢДАУ АУЫСҚЫШТЫҚ ҚОРЕКТЕНДІРУ КӨЗІ ҮШІН
Кесте 11: Индукторды таңдау
4.1 LM25149 үшін ТОКТЫҢ ҮЛГІЛЕУ РЕЗИСТОРЫНЫҢ ЕСЕБІН ЖҮРГІЗУ
12-кесте: Токтың үлгілеу резисторының теориялық есебі
13-кесте: Токтың үлгілеу резисторын таңдау
4.2 СИНХРОНДЫ BUCK АУЫСҚЫШТЫҚ ҚОРЕКТЕНДІРУ КӨЗІ ҮШІН ШЫҒЫСТАҒЫ КОНДЕНСАТОРДЫҢ ЕСЕБІ
(Шығыстағы конденсатордың есебі: 5-кестедегі формуланы қараңыз)
14-кесте: Синхронды BUCK ауысқыштық қоректендіру көзі үшін шығыс конденсаторының есебі
Синхрондық бак ажыратқыш режимді қуат қоректендіру схемалары үшін кіріс және шығыс сүзгі конденсаторларының өнімділігі, өлшемі және құны арасында компромисс орын алады. Конденсаторлардың техникалық талаптары белгілі бір жағдайларда сынақтан өткізіледі, ал сынақ кезінде құралдардың өзгеруі бірдей техникалық талаптар үшін 10–50% ауытқуға әкелуі мүмкін. Соңғы схеманың өнімділігі дұрыс пайдалануды тексеру және қателерді жөндеу процесі арқылы ғылыми растау мен сынақтан өтуін талап етеді (жалғыз дұрыс шешім жоқ, тек нақты қолдануға сәйкес келетін схеманы таңдау мүмкін).
Ажыратқыш конденсаторлар мынаны қамтамасыз етуі керек: Сыйымдылық ≥ 320uF (асып кету талабы), керамикалық конденсатордың сыйымдылығы 2,435uF-тан артық болуы керек (негізгі шарт емес, талапты қанағаттандыру жеткілікті).
15-кесте: Ажыратқыш қуат қоректендіру үшін шығыс сүзгі конденсаторларының ұсынылатын модельдері
16-кесте: Ажыратқыш қуат қоректендіру үшін шығыс сүзгі конденсаторларының схемасы
4.3 LM25149 қуат қоректендірушісі үшін кіріс конденсаторының есебі
4.3.1 Кіріс сыйымдылығын есептеу
17-кесте: Ауыстырулы қоректендіру көзі үшін кіріс сүзгіш конденсаторының есебі
18-кесте: Ауыстырулы қоректендіру көздері үшін шығыс сүзгіштерін таңдау
4.4 LM25149 Mosfet таңдау есебі
4.4.1 MOSFET-ті есептеу
LM25149 техникалық деректер парағында көптеген есептеулер мен таңдау есептеулері келтірілмеген. QG есептеулері мен таңдаулары эмпирикалық бағалаулар мен кері дедукцияларға негізделген. Есептеу нәтижелері Vgs = 4,5-5,0 В және ≤22 нКл мәнін көрсетеді. Есептеу процесі төмендегі кестеде көрсетілген. Миллер платформасы 2-3 В (3 В-қа жақын да қабылданады) ретінде, Rdson ≤8 мОм ретінде таңдалады.
Кесте 19: Mosfet таңдау мен есептеу
4.5 Mosfet таңдау ұсыныстары
Кесте 20: Mosfet модельдерін таңдау
4.6 LM25149 FB және компенсациялау есебі
Кесте 21: FB және компенсация есептеулері
4.7 LM25149 EMC дизайнының есебі
Тым көп талдауға кірмей, техникалық сипаттамаларға жүгініңіз.
5- Дизайн қорытындысы
lM25149 BUCK қоректендіру көзінің дизайны мен таңдауы бойынша қорытынды
Кесте 22: Дизайн және таңдау
шешімнің қорытындысы
Синхронды ажырату қуат көздерінің өнімділігі мен тиімділігі көптеген факторларға байланысты. Өнімділік пен сипаттамалар практикалық факторларды ескеруі қажет. Бұл тарау практикалық жобалауға теориялық нұсқаулық беру үшін теориялық есептеулер үшін қолданылады. Жобаның өнімділігі мен сипаттамалары компоненттердің өнімділігіне, пайдалану шарттарына, орналасуына және т.б. тығыз байланысты болып, қатаң сынақтар мен тексеруді талап етеді.
Qualcomm домен контроллерлері үшін синхронды buck қуат көзін жобалау — бұл орындар арасындағы өнімділік, өлшем және құнының тепе-теңдігін сақтауды талап ететін, қиын саланы қамтиды. CODACA магнит өзегі мен ортақ режимді шунттардың өз бетінше ғылыми-зерттеу және жобалауға баса назар аударады. CSEB0660-1R0M Qualcomm платформасының дамуына және қолданылуына сәйкес келеді, жоғары экономикалық тиімділік, қанығу тогына қарсы төзімділік, төмен жылу бөлінуі және өнеркәсіптегі ең жоғары қуат/көлем қатынасын ұсынады. CODACA технологиялық ғылыми-зерттеу және инновацияға баса назар аударады, индуктивтілік өнеркәсібі үшін үздік өнімдерді әзірлейді және электрондық өнімдердің дамуы мен қолданылуына үлес қосады.