EN
Жылдам сілтемелер
Жаңа энергиялық көлік өнеркәсібінің тез дамуы әртүрлі өнеркәсіптік тізбектердің өсуіне ықпал етті, ал автомобильдің интеллектуалдылығы мен автономды жүргізу жаңа энергиялық көліктердің ең маңызды негізгі бәсекеге қабілеттілік бағытына айналды, бұл жоғары дәрежеде интеграцияланған орталық процессор мен домендік бақылауышқа, әсіресе DC-DC импульстік қуаттандыру блоктарының сенімділігіне, жоғары қуаттық тығыздығына, ЭМИ-ге, жоғары пайдалы әсер коэффициентіне және құнының тиімділігіне жаңа шықшыттар мен мүмкіндіктер әкелді.
SA8155 және SA8295 интеллектуалды кабина аймағының бақылау құрылғыларының өндірушісі ретінде маңызды орын алады, ал орталық аймақты басқарудың SOC негізгі қорекден (батарея енгізу деңгейінен түрлендірілген қорек) тұратын қоректендіруінің өтпелі тогы, тұрақты жұмыс істеу тогы, дайындық режиміндегі пайдалы әрекет коэффициенті, құны және импульстік қоректендіру EMC дизайны арасындағы қайшылық BUCK қоректендірудің дизайнда үлкен шақырыс болып табылады. Осы қайшылықтарды шешу және тепе-теңдікті сақтау — бұл импульстік қоректендіру архитектурасы, қоректендіру чиптері, индуктивтік орамдар, МОП-транзисторлар және конденсаторлар өндірушілерінің бірлесіп жұмыс істеуінің техникалық бағыты.
Бұл мақалада үлкен динамикалық импульстік қоректендірудің (100-300%) орталық аймақты басқарудың негізгі қоректендіруін жобалауға арналған DC-DC импульстік қоректендірудің жобасы талқыланады, сонымен қатар қоректендірудің сұлбасы, индуктивтік орам мен конденсаторды таңдау сияқты әдістер қарастырылады және габариттер, құн, пайдалы әрекет коэффициенті мен өнімділік шақырыстары ескеріледі.
Бұл тарауда Qualcomm SA8295 домен контроллері мысалы ретінде алынып, бірінші деңгейлі BUCK импульстік қоректендіру құрылғысының практикалық жобасы талқыланады және іске асырылады.
Бұл тарауды оқу үшін бірінші серияны (BUCK импульстік қоректендіру құрылғысының нақты теориясы мен есебі) оқып шығу және LM25149 негізінде BUCK қорекжабдықтауын қосымша жобалау қажет.
Бұл мақалалар сериясы үш сериядан тұрады (жаңарту үдерісінде):
02-Кваликом автомобильдік домен контроллерінің бірінші сатысының қоректендіру жүйесін декодтау: Схемалық жоба және PCB жобасы (бұл тарау)
1- Жобалау мақсаттары мен шектеулер
1.1 SA8295 транзитті ток талаптары
Кесте 1: SA8295 қуат көзі жобалау талаптары
Ескерту: SA8295 жаңартылған жобалау талаптары 21A (1 NPU) және 24A (2 NPU), ал бұл жобалау (30A артық токтан қорғау) қамти алады
1.2 Жобалау мақсаттары
Бұл жобалау мына LM25149 негізінде жасалған домен контроллерінің бірінші сатысының қоректендіру құрылғысы , транзиентті токтың 24A (100 мкс) талаптарын қанағаттандырады және 10A астам тұрақты режимде жұмыс істеу талаптарын орындайды, сонымен қоса көлем, құны және өнімділік арасында толық баланс орнатылады.
Ескерту: Өтпелі ток жылу бөліну проблемасын туғызбайды (Qualcomm SA8295 үшін тек 100 мкс өтпелі ток), тұрақты күйдегі үлкен ток температураның көтерілуіне әкеледі, температураның көтерілуінің әсерін өлшеу қажет (жобалау схемасы нақты жағдайларға байланысты таңдалады).
2- ПринципиалДЫҚ және PCB дизайны
2.1 Негізгі компоненттерді таңдау
Домендік бақылаушының негізгі ауыстыру қорек көзі компоненттерін таңдау критерийлері: алдымен өнімділік, құнын ескере отырып, PCB ауданын азайту; BUCK ауыстыру қорек көзінің EMC проблемасы мен ток контуры проблемасын ескере отырып, жалпы BUCK ауыстыру қорек көзін жобалау теориясы мен ережелеріне сәйкес келеді, жалпы жобалау әдісіне сілтеме жасауға болады.
Электрондық компоненттерді таңдау мен есептеу туралы мәліметтер үшін 1-тарауға қараңыз ( Qualcomm Automotive Domain Controller бірінші сатысының қуаттандыру блогы дизайн жобасы: Қуаттандыру жүйесін жобалау және есептеу )
Бұл дизайн үшін 2-нұсқа (сегіз 47 мкФ C1210 пакетті керамикалық конденсаторларды қолдану). Дизайн тек осы таңдауға шектелмейді, өнім дизайны нақты жағдайға сәйкес реттелуі мүмкін және нақты сынақ нәтижелеріне сәйкес оптимизация жасалуы 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
Индуктивтілікті таңдау үшін модель қабылданды: VSEB0660-1R0MV
Кесте 4: Индукторды таңдау
2.1.3 BUCK қуат көзі үшін шығыстағы сүзгі конденсаторының таңдалуы
5-кесте: BUCK қуат көзі үшін шығыстағы сүзгі конденсаторының таңдалуы
2.1.4 BUCK қуат көзі - кірістегі сүзгі конденсаторларының таңдалуы
6-кесте: BUCK қуат көзі - кірістегі сүзгі конденсаторларының таңдалуы
2.2 ПринципиалДЫҚ және PCB дизайнын құралдарымен жобалау
2.2.1 Схема мен PCB дизайны: JLC Technology EDA ( https://lceda.cn/)
Сурет 1 Caritron EDA-ға кіріспе
JLC Technology EDA — Қытайдағы жетекші тегін EDA дамыту құралы, қуатты функциялары мен жоғары даму тиімділігі бар, бұл дизайн JLC Technology EDA арқылы схема мен PCB дизайнын қабылдайды.
2.3 BUCK қуат көзі - принципиалдық сызба жобалау
2.3.1 BUCK қуат көзі - принципиалдық сызба жобалау
Негізгі дизайн LM25149-Q1 спецификациясына және ресми дамыту тақтасына сәйкес келеді, сонымен қатар бұл дизайн BUCK импульстік қоректендіру көзінің негізгі теориясын және жоғары өткізу аймағының бақылау құрылғыларының бастапқы қорек көзінің дизайн талаптарын қанағаттандырады.
2-сурет LM25149 схемалық диаграммасы
2.3.2 BUCK Қоректендіру көзі - схемалық дизайнындағы негізгі технология
Кіріс EMC тізбегі：
Техникалық ерекшеліктер:
1 L1 негізгі функциясы импульстік қоректендіру көзінен туындайтын өткізілетін сәулелену шуының кіріс қорек көзіне әсерін азайту болып табылады, импульстік қоректендіру көзінің жиілігі 2,2 МГц, L1 және C23 LC сүзгі тізбегін құрайды (C16 - электролиттік конденсатор, негізінен 500 кГц-тен төмен жиіліктер үшін), ал 2,2 МГц-те 60 дБ-ге дейін азаяды.
② C21 импульстік шуды (қуат тобының өсу және төмендеу фронтындағы тербелісті) азайтады, негізінен 10-100 МГц диапазонындағы EMC шуын азайтады.
3 Егершін C21 және C23 бірінші дәрежелі қуат көздерінде (қорғаныстан бұрын) қолданылатын болса, сізге иілгіш терминалды конденсатор моделін таңдау қажет, ал егер қорғалатын болса, автомобиль класындағы конденсаторды таңдауға болады. Екі конденсаторды тізбектей орналастыру арқылы ұқсас қорғаныс механизмін де іске асыруға болады.
Қуаттық MOSFET және LM25149 кіріс конденсаторлары үшін декуплирлеу конденсаторларының осындай талаптары қажет, бұл дизайн жұмыс сапасын растау үшін қолданылмайды, жалғыз керамикалық конденсатор қолданылады және өнім деңгейіндегі дизайн автомобиль класына сәйкес келеді.
Ескерту: LM25419 активті EMC-ны болдырмау және екі еселі кездейсоқ спектрді тарату технологиясы тек белгілі бір дәлдікпен EMC амплитудасын төмендетеді, ал EMC-ны мүлдем жою мүмкін емес; 2,2 МГц жиіліктегі қосылыс энергиясы үшін жоғары ток (≥10A) қолдану осындай жағдайда да стандарттан асу қаупін сақтайды, нақты реттеуге сәйкес болу керек. Егер C23-ті алып тастағаннан кейін де өткізілетін сәулелену өтсе, онда C23 қолданысын үнемдеуге және құнын төмендетуге болады.
BUCK қуат кіріс конденсаторлары:
1 C2, C3 BUCK қуатының кіріс конденсаторлары, олар импульсті қоректендіру блогының EMC өнімділігі үшін маңызды. 10 мкФ конденсаторлар 2 МГц шамасындағы кедергісі ≤5 мОм болатындығын таңдау керек. CGA4J1X8L1A106K125AC және CGA6P1X7S1A476M250AC сілтеме ретінде жақсы техникалық көрсеткіштерге ие. Конденсатор таңдау үшін X7R, 35 В/50 В қорғау кернеуі, C1210 және C1206 корпусын пайдалануға болады. Бұл жобада C1210 корпусы таңдалған, бұл әртүрлі модельдердің өнімділігін тексеруге мүмкіндік береді.
② C4 жоғары жиілікті ауыстыру EMC конденсаторы, 50 В X7R, C0402 пакетін таңдаңыз.
C2, C3, C4 орнату кезінде ток контурына назар аудару қажет (орнату сипаттамаларына қараңыз), негізгі BUCK қуат кіріс конденсаторының талаптары мен жобалау теориясын қанағаттандырады, кіріс конденсаторының түсінігін тереңдету үшін BUCK импульстік қорек теориясын оқып үйренуге болады.
3 TP7, TP9, TP13 ауыстырғыштың TG, BG және SW сигналдарын, өлі аймақ уақытының дұрыстығын, тербеліс сипаттамасын және MOSFET-тің өсу мен кему шетінің сипаттамасын тексеру үшін қолданылады және импульстік қоректендіру құрылғысының маңызды электрлік сипаттамаларының бірі болып табылады.
GND-ның TP сынақ нүктесі осциллографтық GND контулын азайту және сынақ дәлдігін арттыру үшін қолданылады, LAYOUT осы сынақ нүктесін байланысты сынақ сигналына мүмкіндігінше жақынырақ орналастыруды ескеруі керек.
MOSFET қақпанын басқару резисторы:
1 R1 және R2 - қуаттық MOSFET-тің өсу мен кему шеттеріне үлкен әсер ететін MOSFET-тің қақпа жетектеу резисторлары.
② R1 және R2 таңдауын бақыланатын BUCK қуат реттегішінің шығыс тогына (реттегіш (PULL және PUSH кедергісі), қуаттық MOSFET-тің өткізгіштік импедансы мен заряд сипаттамалары (енгізу сыйымдылығы CISS) әсер етеді, бастапқы жобалауда жалпы кедергі ≤ 10 Ом болып таңдалады, ол сонымен қатар заряд сипаттамаларына байланысты және тиісті кедергі мәнін таңдау үшін дәлдеу қажет.
3 R1 және R2 сонымен қатар ауыстыру шуының EMC-не және ауыстыру жоғалтуларына әсер ететін негізгі схемалық факторларға ең көп әсер ететін негізгі параметрлер.
Ескерту: 6 сынақ нүктесі ауыстырғыш сипаттамалары мен өлі уақытты тексеру үшін қолданылады.
Шығыс қуат циклі:
1 Индуктивтілікті таңдау: Индуктивтілікті таңдау негізінен екі факторды ескереді:
- Өту кезіндегі жұмыс тогы: өту кезінде 24A шығаруға қабілетті (уақыт: 100 мкс);
- Тұрақты күйдегі жұмыс тогы: 10A, 10A токта тұрақты жұмыс істеуге қабілетті (85℃ айналасындағы температура жағдайларын қамтиды);
-Өту режиміндегі жұмыс тогының ұзақтығы ≤ 100 мкс, ол қосу кезеңінде пайда болады және индуктивтіліктің қанықпау шартын қамтамасыз ету арқылы ғана талаптарға сай болу мүмкін (токтың индуктивтілік мәніне сәйкес келуі).
② Үлгі алу резисторының таңдалуы: Үлгі алу резисторы R1206 пакетінде таңдалады, жылу шығару қуаты ≥ 0,5 Вт;
3 Конденсаторларды таңдау: Анықтама: Тараудың бірінші бөліміндегі шығыс сүзгіш конденсаторы тарауына қараңыз;
Кері байланыс тізбегі:
LM25149 тұрақты шығыс конфигурациясы мен кері байланыс шығысы конфигурациясына ие, нақты мазмұны спецификация кітабында келтірілген;
1 VDDA-ға қосылған R14l, шығыста 3.3В
② R14=24.9K, шығыста 5.0В
3 R14=49.9K, шығыста 12.0В
Шығыс кернеу бос этикеткадағы R14, R9 және R10 арқылы конфигурацияланады;
R19 және резервтелген TP3, TP4: фазалық маржаны, өту жиілігін және т.б. тексеру үшін қолданылады.
Ескерту: TP3 және TP4 фазалық маржаны, өту жиілігін және т.б. тексеру үшін қолданылады.
Функцияларды орнату:
1 EN: қосу сигналы, қуатты қосу ≥ 1,0 В, дәлме-дәл төменгі кернеу арқылы қорғауға болады;
② Sync-PG: Синхронды шығыс немесе Қуат жақсы, бұл жобада Қуат жақсы үшін қарастырылған;
3 PFM/SYNC
-Әдепкі (NC) жолақ: Диод аналогты, аз ток шығысы, жоғары пайдалы әрекет коэффициентімен жұмыс істей алады;
-GND-ге қысқа тұйықталу жолағы, мәжбүрлі CCM режимі;
4 Чиптің жұмыс режимін орнату: барлығы 5 жұмыс режимі бар (техникалық сипаттама кітапшасына 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 қоректендіру көзі - PCB дизайны үшін негізгі технология
Кіріс және шығыс конденсаторлық контурлар:
1 BUCK қоректендіру көзінің кіріс және шығыс конденсаторлары EMC-ке маңызды әсер ететін ең аз контурды сақтауы керек;
② C4 негізінен ашық-жабық импульстердің шиыршық дыбысын жұту үшін қолданылады.
MOSFET және индуктивтілік контурлары:
1 Екілі MOSFET-ті қолдану орналасу ауданын және шығындарды азайтады, кемшілігі – Layout SW ең аз контурды сақтай алмайды;
② 2-in-1 MOSFET-тің SW нүктесі бірдей қабаттағы PCB трассировканы іске асыра алмайды, үздіксіз қуат тогын қамтамасыз ету үшін қабаттың жайласу бетін өзгерту қажет.
Токты бақылау:
1 Таңдау тогы дифференциалдық трассалар болуы керек және анықталған GND жазықтығы болуы керек;
② Импедансты және тең ұзындықты басқару қажет емес, трассалар компоновканың минималды арақашықтығын сақтайды.
FB Қоректендіру:
Резисторлар мен басқа да құрылғылар басқару чипінің шығыстарына жақын орналасады.
Жылу шашу және GND:
Жылу шығаратын құрылғылар: MOSFET, индуктивтік орамдар және токты таңдап алу резисторлары жазық аймақта жылу өткізгіштікті тиімді арттыруы мүмкін, ал GND өткізу үшін виаларды көбейту тақтаның жылу шашырату жағдайын жақсартуға көмектеседі.
3 - Аймақтық бақылаумен басқарылатын бірінші деңгейлі BUCK қоректендіру блогының жобасы - қорытынды
3.1 3D-сызу
3D Сурет-1
3D Сурет-2
3.2 Жобалау қорытындысы
1 Қосылыс қоректендіру блогының жобасы 4 қабатты жобалау, PCB қалыңдығы 1,6 мм, өлшемі 30X65 мм қолданады;
② Шығыс тогы Qualcomm SA8295-тің 24A өткінші максималды тогын қамтамасыз ете алады және 10A астам тұрақты шығыс қабілетін қолдайды.
4- Жайлы Codaca Электроника
Codaca индуктивтік орамалардың тәуелсіз ғылыми-зерттеу жұмыстарына, жобалауына және өндірісіне баса назар аударады, ал VSEB0660-1R0M Qualcomm платформаларын дамытуға және қолдануға сәйкес келеді. Ол жоғары өнімділік, қуатты токқа қанығуға қарсы төзімділік, төмен жылу бөлінуі сияқты техникалық артықшылықтарға ие және өнеркәсіпте қуаттың көлемге қатынасы жөнінде алдыңғы қатарлы орын алады. Codaca технологияларды зерттеуге, инновацияларды дамытуға бағытталған, индуктивтік орама өнеркәсібі үшін үздік өнімдер жасайды және электрондық өнімдердің дамуы мен қолданылуына көмектеседі.
5- Тексеру және тексеріп бекіту
Әрі қарай сынақ пен тексеруді қараңыз: 03- Qualcomm автомобильдік домендік бақылауышының бірінші сатысының қуаттандыру тізбегінің дизайнын декодтау: Өнімділікті сынақтық өлшеу талдауы .
[Дереккөз]
1.LM25149-Q1：ti.com.cn/product/cn/LM25149-Q1
2.BUK9K6R2-40E： https://www.nexperia.cn/product/BUK9K6R2-40E