EN
Quick Links
Жаңа энергетикалық көлік индустриясының тез дамуы әр түрлі салалар тізбегінің өсуіне, автомобильдің интеллектуалдылығына және өзі жүретін технологияларға жол ашты. Бұл бағытта жаңа энергиялық көліктердің негізгі бәсекеге қабілетті факторлары болып табылады. Сонымен қатар орталық миға және аумақты бақылауыштарға ықтималдылық, DC-DC импульсты қоректендіру күшейткішінің қуат тығыздығы, импульсты қоректендірудің EMC, жоғары пайдалану әсері, құны шығымды болуы жаңа шақырыстар мен мүмкіндіктер туғызады.
Бақылау модулінің өндірушісі ретінде Qualcomm, SA8155 және SA8295 маңызды орын алады, орталық доменді басқару SOC деңгейі 1 қуат көзі (батарея кірісінен түрлендірілген қуатттың деңгейі 1) өтпелі ток, тұрақты жұмыс істеу тогы, күту режиміндегі пайдалану тиімділігі, құны және импульстық қоректендіру EMC дизайны арасындағы қарым-қатынас BUCK қуат көзін жобалаудың үлкен қиыншылығына айналды. Осындай қарама-қайшылықтарды шешу мен тепе-теңдікті сақтау – бұл қосылыстардың архитектурасы, қуат көзінің чиптері, индукторлар, Mosfet, конденсаторлар өндірушілерінің технологиялық бағытта бірлесіп жұмыс істеу мәселесі.
Бұл мақалада үлкен динамикалық ауыстыру қуатының тогында (100-300%) автомобильдің орталық домендік бақылау деңгейіндегі 1-ші қуаттандыру жобасын, DC-DC ауыстыру қуат көзінің жобасын зерттеуге, соның ішінде қуаттық схеманы, индукторды, конденсаторды таңдау және басқа да жобалау әдістерін, сондай-ақ көлемді, құнды, әсер ету әсерін, өмірмен үйлесімді жобалау шешімдерін ескере отырып қарастырады.
Бұл тарауда Qualcomm SA8295 домендік бақылаушысын мысал ретінде пайдалана отырып, негізгі BUCK ауыстыру қуат көзінің нақты әлемдегі жобасын талқылау мен іске асыру қарастырылады.
Бұл тарау тізбектің алғашқы бөлімін (BUCK ауыстыру қуат көзінің теориясы мен есептеулерін) мұқият түсінуді талап етеді және LM25149 негізінде BUCK қуат көзінің жобасын жасауға әкеледі.
Мақалалар тізбегі үш бөліктен тұрады (әрі қарай жалғастырылатын жаңартулар):
01-Желілік автомобильдік домендік бақылауыштың 1-деңгейлік қуаттандыру жобасын талдау: Қуаттандыру жобасы мен есептеу (жарияланған)
02-Qualcomm автомобильдік облыстық бақылаушы деңгей 1 қуат көзін жобалаудың схемалық жобалау мен PCB жобалау ерекшеліктері (осы тарау )
03-Qualcomm автомобильдік облыстық бақылаушы деңгей 1 қуат көзін жобалауды талдау: Өнімділік тестілеу өлшеу анализі (жарияланымды)
1- Жобалау мақсаттары мен шектеулер
1.1 SA8295 транзитті ток талаптары
Кесте 1: SA8295 қуат көзі жобалау талаптары
Ескерту: Ең соңғы SA8295 жобалауда 21A (1 NPU) және 24A (2 NPU) қажет, бұл жобалау 30A дейінгі токты қамтиды
1.2 Жобалау мақсаты
Бұл жобалау мына LM25149 домен контроллері үшін негізгі қуат көзін жобалау үшін пайдаланылады , 24А (100µs) өтпелі токты қолдай алады және 10А-дан жоғары тұрақты күйде жұмыс істеу талаптарын орындайды, сонымен қатар өлшем, құны және өнімділік арасында теңдік орнатады.
Ескерту: Өтпелі ток термиялық мәселеге әкелмейді (Qualcomm SA8295 үшін өтпелі ток әсер ететін уақыт – тек 100µs). Алайда, үлкен тұрақты ток температураның көбеюіне әкелуі мүмкін, сондықтан жылу беру әсері бағалануы керек (шешімді нақты орта жағдайларына сәйкес таңдау керек).
2- ПринципиалДЫҚ және PCB дизайны
2.1 Негізгі компоненттерді таңдау
Доменді басқару деңгейіндегі импульстық қоректендіру компоненттерін таңдау критерийлері: өнімділіктің басымдылығы, құнды ескере отырып, ал сонымен қатар PCB ауданын азайту; BUCK импульстық қоректендірудің EMC мәселелері мен ток контуры мәселелерін қарастыру, жалпы BUCK импульстық қоректендіру проектирования теориясы мен ережелеріне сәйкес болуы керек, жалпы дизайн методологиясына сілтеме жасауға болады.
Электрондық компоненттерді таңдау мен есептеу бойынша мәліметтерді алу үшін 1-тарауды қараңыз (Qualcomm Automotive Domain Controller Level 1 Қуат көзін жобалау: Қуат көзін жобалау мен есептеу)
Бұл жоба 2-нұсқаны таңдайды (C1210 пакетінде сегіз 47uF керамикалық конденсатор қолдану). Бұл таңдаумен шектеулі емес, өнімнің жобасы модельдің нақты жағдайына сәйкес реттеліп, нақты сынақ нәтижелеріне сүйене отырып жетілдірілуі мүмкін.
Кесте 2: BUCK қуат көзі - жобалау схемасы
2.1.1 BUCK қуат көзі - MOSFET таңдау
Кесте 3: BUCK қуат көзі - MOSFET таңдау
2.1.2 BUCK қуат көзі - индуктор таңдау
Индуктордың моделін пайдаланып таңдау: VSEB0660-1R0MV
Кесте 4: Индукторды таңдау
2.1.3 BUCK қуат көзі - шығыстағы фильтр конденсаторын таңдау
Кесте 5: BUCK қуат көзі - шығыстағы фильтр конденсаторын таңдау
2.1.4 BUCK қуат көзі - кіріс сүзгі конденсаторын таңдау
Кесте 6: BUCK қуат көзі - кіріс сүзгі конденсаторын таңдау
2.2 ПринципиалДЫҚ және PCB дизайнын құралдарымен жобалау
2.2.1 Принципиалдық сызба және PCB жобалау: Caritron EDA ( https://lceda.cn/)
Сурет 1 Caritron EDA-ға кіріспе
Jialitron EDA – бұл еркін EDA дамытушыларының көшбасшысы, қуатты және тиімді дамыту, осы жобалауда принципиалдық сызбаны және PCB-ті жобалау үшін Jialitron EDA қолданылады.
2.3 BUCK қуат көзі - принципиалдық сызба жобалау
2.3.1 BUCK қуат көзі - принципиалдық сызба жобалау
Принципиалдық сызба жобалау LM25149-Q1 анықтамалық деректері мен ресми дамыту тақтасына сәйкес жасалған және жобалау BUCK импульстық қуат көзінің негізгі теориясына және жоғары өткізу облысын басқаруыштың бірінші деңгейдегі қуат көзін жобалау талаптарына сай келеді.
Сурет 2 LM25149 Принципиалдық сызба
2.3.2 BUCK Қуат көзі - Схемалық жобалауға бағытталған технология
Кіру порты EMC тізбегі:
Техникалық нүктелер:
1 L1 негізінен импульсты қоректендіру құрылғысының өткізу сәулесінің дыбысына кіру қоректендіруінің әсерін азайту үшін қажет. Қосу/өшіру жиілігі 2,2 МГц, L1 және C23 LC-сүзгі тізбегін құрайды (C16 – электролиттік конденсатор, төменгі жиілікті 500 кГц дейін). Дыбысты азайту деңгейі 60 дБ.
② C21 қосу дыбысын (қуат кезіндегі транзистордың шыңы мен табанында пайда болатын тербеліс) азайтады және негізінен EMC дыбысын 10-100 МГц диапазонында азайтады.
3 Егер C21, C23 қуат көзі (қорғаныстан бұрын) болса, иілгіш терминалды конденсатор типін таңдау керек. Егер қорғаныс орнатылған болса, автомобильдік стандарттағы конденсаторларды таңдауға болады. Сонымен қатар екі конденсаторды тізбектей ортогональды орналастырып, ұқсас қорғаныс механизмін жасауға болады.
Қуаттылық MOSFET және LM25149 кіріс сыйымдылығы үшін тармақталу сыйымдылығының бірдей талаптары бар, бұл дизайн жоғары нәтижелерді тексеру үшін пайдаланылмайды, бір керамикалық элементті пайдалану, автомобильдік деңгейдегі дизайн талаптарын басшылыққа ала отырып өнімдік деңгейдің дизайны.
Ескерту: LM25419 белсенді EMC-ті жоятын және екі рет кездейсоқ жолақ спектрі технологиясы, EMC амплитудасын тек белгілі бір дәрежеде азайтады, бірақ EMC-ті толық жоя алмайды, 2,2 МГц жиілікке байланысты энергия, жоғары ток (≥10 А) қолданудың стандарттан асу қаупі бар, нақты ыңғайлау негізінде, C23-ті алып тастаған жағдайда да сәулелену өтіп, C23 қолданбаса да болады, Құнын төмендету.
BUCK қуат кіріс конденсаторлары:
1 C2,C3 BUCK күш тогының кіріс сыйымдылығы үшін, импульстық қоректендіру EMC өнімділігіне маңызы зор, 10uF сыйымдылықты таңдау 2Mhz жақын кедергі ≤ 5mΩ, CGA4J1X8L1A106K125AC және CGA6P1X7S1A476M250AC техникалық спецификацияларына сілтеме ретінде жақсы, сыйымдылықты таңдау X7R, 35V/50V шыдамдылық кернеуі, корпус C1210 және C1206 болуы мүмкін. Бұл жобалау C1210 корпусын таңдайды, сіз одан да көп моделдерді орындауыңызға болады.
② C4 жоғары жиілікті ауыстыру EMC конденсаторлары үшін, 50V X7R, C0402 корпусын таңдаңыз.
C2, C3, C4, Ток контурына назар аудару керек (Layout туралы ақпаратқа қараңыз), негізгі BUCK күш тогының кіріс сыйымдылығы талаптары мен жобалау теориясына сай, BUCK импульстық қоректендіру теориясын үйреніп, кіріс сыйымдылығы туралы түсінікті тереңдетуге болады.
3 ТП7, ТП9, ТП13 ажыратқыштың TG, BG және SW сигналдарын тексеру үшін пайдаланылады, өлі уақыттың негізділігін, діріл көрсеткіштерін және MOSFET-тің көтерілу шеті мен төмендеу шетінің жұмыс сапасын тексеру – бұл маңызды ауыстырып қосқыштың электр жұмыс көрсеткіштерін тексеру болып табылады.
GND-нің ТП тексеру нүктесі осциллографтық GND циклды тексеруді азайту және тесттің дәлдігін арттыру үшін пайдаланылады, сонымен қатар LAYOUT-ты тексеру нүктесіне мүмкіндігінше жақын орналастыру қажет.
MOSFET қақпанын басқару резисторы:
1 R1 және R2 – MOSFET қақпанын басқару резисторлары, олар қуаттың MOSFET-інің көтерілу шеті мен төмендеу шетінің жұмысына маңызды әсер етеді.
② R1, R2 таңдау BUCK күшейткішінің шығыс тогымен басқарылады (PULL және PUSH резисторлары бар контроллер, қуаттылық MOSFET қосқышының кедергісі мен заряд сипаттамалары (енгізу сыйымдылығы CISS) әсер ететін алғашқы дизайн таңдауының жалпы кедергісінің ≤ 10 Ом болуы маңызды, сонымен қатар заряд сипаттамаларына тәуелді, соңында нақты баптау қажет, кедергінің тиісті мәнін таңдау.
3 R1 және R2 сондай-ақ ажыратқыш дыбысы EMC-тің ең маңызды параметрлері болып табылады, сонымен қатар негізгі тізбектің коммутациялық шығындарына әсер ететін факторлар, практикалық қолдануларда тиімділікті (MOSFET-тің қызуы) және EMC-ті теңгеріп, тепе-теңдік нүктесіне қол жеткізу қажет.
Ескерту: коммутациялық сипаттамалар мен өлі уақытты тексеруге арналған 6 тест нүктесі.
Шығыс қуат циклі:
1 Индуктивтілікті таңдау: Индуктивтілікті таңдау негізінен екі негізгі факторға негізделген:
-Транзиентті операциялық ток: уақытша шығыс 21 (24) А (уақыт: 100 мкс) беруі мүмкін；
-Тұрақты ток күші: 10А, 10А ток күшінде тұрақты жұмыс істеуге болады (85° айналасындағы температура шарттарын қамтиды);
-Өтпелі режимдегі ток әсер ету ұзақтығы ≤ 100 мкс, және іске қосу сатысында пайда болады, индуктивтілік шамасы шығындардың шекті мәніне жетпеуін қамтамасыз етсе болғаны;
② Таңбалау резисторының таңдалуы: R1206 корпусындағы таңбалау резисторы, жылу шығарылуы ≥ 0.5Вт;
3 Конденсаторлардың таңдалуы: нұсқаулық: шығыс фильтр конденсаторлары бөлімінің алғашқы бөлігі;
Кері байланыс тізбегі:
LM25149 тұрақты шығыс конфигурациясы мен кері байланысты шығыс конфигурациясына ие, толық ақпарат үшін деректер парағына қараңыз;
1 VDDA-ға қосылған R14l, шығыста 3.3В
② R14=24.9K, шығыста 5.0В
3 R14=49.9K, шығыста 12.0В
R14, R9 және R10 бос орындары шығыс кернеуді баптау үшін қолданылады;
R19 және резервтелген TP3, TP4: сынау үшін, фаза резерві, қиылысу жиілігі және т.б.
Ескерту: TP3 және TP4 сынау үшін, фаза резерві, қиылысу жиілігі және т.б. үшін қолданылады
Функцияны орнату:
1 EN: Белсендіру сигналы, ≥1,0 В кернеуі қосылған, дәл кернеу төмендеуінен қорғау үшін қолдануға болады;
② Sync-PG: Синхронды шығыс немесе Power good (Қуат жақсы), бұл дизайн Power good (Қуат жақсы) үшін қолданылады;
3 PFM/SYNC
-Әдеттегі (NC) жампер: Диод аналогы, аз токты шығыс, жоғары пайдалану әсерінен жұмыс істей алады;
-Тұйықталған жамперды GND-ге қысқыштау, CCM режимін міндетті түрде енгізу;
4 Микросхеманың жұмыс режимдері: барлығы бес жұмыс режимі (спецификацияға қараңыз)
2.4 BUCK қуат көзі - PCB дизайны
2.4.1 BUCK қуат көзі-PCB дизайны
1 -ЖОҒАРҒЫ
② -GND
3 -Сигнал
4 -Төменгі
2.4.2 BUCK қуат көзі-PCB технологиясына назар аудару
Кіріс және шығыс сыйымдылық контурлары:
1 BUCK қуат көзінің кіріс сыйымдылығы мен шығыс сыйымдылығы минималды контурды сақтауға тиіс, бұл EMC-ке маңызды әсер етеді;
② C4 негізінен ажыратқыштың көтерілуі мен түсуінің дыбысын жұту үшін қолданылады.
MOSFET және индуктивті контурлар:
1 Екі-бір MOSFET пайдалану орналасу ауданын азайтады және құнын төмендетеді, бірақ кемшілігі – орналасу SW ең аз циклді сақтай алмайды;
② Екі-бір MOSFET-тің SW нүктесі PCB өткізу үшін бірдей қабатта орналаса алмайды және токтың үздіксіздігін іске асыру үшін қабатты өзгерту қажет.
Токты бақылау:
1 Бақылау тогы GND жазықтығына сәйкес дифференциалды орналастыруды талап етеді;
② Кедергіні басқару мен тең ұзындық қажет емес, ал орналасу ең аз қашықтықты сақтайды.
FB Қоректендіру:
Резисторлар мен басқа да құрылғылар басқару чипінің шығыстарына жақын орналасады.
Жылу шашу және GND:
Жылу шығаратын құрылғылар: MOSFET-тер, индукторлар және бақылау резисторлары, жылу өткізу үшін жазықтық ауданын кеңейтіп, GND тесіктерін көбейтіп, бүкіл платаның жылу шашу шарттарын жақсартуға болады.
3- Домені басқарылатын деңгейі 1 BUCK қоректендіру блогының дизайн проекті - Қорытынды
3.1 3D-сызу
3D Сурет-1
3D Сурет-2
3.2 Жобалау қорытындысы
1 Ауыстыру блогының жобасы қалыңдығы 1,6 мм және өлшемі 30X65 мм болатын 4 қабатты жобаны пайдаланады;
② Шығыс тогы Qualcomm SA8295 максималды 24А уақытша тогын қамтамасыз ете алады, тұрақты күйде 10А немесе одан да көп шығыс қабілетін қолдау көрсетеді.
4- Жайлы Codaca Электроника
Codaca индуктордың өз бетінше зерттеу, жобалау және өндірістік технологияларына назар аударады, VSEB0660-1R0M Qualcomm платформасын дамыту мен қолдануға сәйкес келеді. Ол жоғары баға/тиімділік, жоғары насыщенный токқа төзімділік, төменгі жылу шығару және өнеркәсіптегі өнімділік пен көлемге ие техникалық артықшылықтары бар. Codaca индуктор өнеркәсібіне арналған үздік өнімдерді зерттеуге, технологиялық инновациялар мен технологиялық дамытуға назар аударады, электрондық құрылғыларды дамыту мен қолдануға көмектеседі.
5- Тексеру және тексеріп бекіту
Таңбалау тестілеуін жалғастыру үшін, осы мақалаға қараңыз: 03-Автомобильдік саланы басқару контроллері деңгейіндегі Qualcomm құрылғысының электрмен жабдықтау сызбасын талдау: Өнімділік тестілеу өлшеуі (жариялануы тиіс)
[Дереккөз]
1.LM25149-Q1：ti.com.cn/product/cn/LM25149-Q1
2.BUK9K6R2-40E： https://www.nexperia.cn/product/BUK9K6R2-40E