Жогорку өткөргүч домен контроллеринин деңгээли 1 ток көзүн долбоорлоону жеңилдетүү: Ток көзүн долбоорлоо жана эсептөө

Жаңы энергиялык транспорт каражаттарынын өнүгүү дагы ылдамдыгы ар кандай индустриялык тармактардын катуу өсүшүнө, авто умтуулушко, автономдуу башкарууга түрткү болуп, жаңы энергиялуу транспорт каражаттарынын багытында эң негизги конкуренткө мүмкүнчүлүк берди. Бул орто мээге жана домендик контроллерге жогорку сенімдүүлүктү, DC-DC импулстук күч трансформаторларынын жогорку өнүмдүүлүгүн, импулстук күч трансформаторлары EMC, жогорку эффективдүүлүк, чыгымга туюк болгон конструкцияларга жаңы шарттар жана талаптар койду.

Батарея киргизүү деңгээлинен өзгөртүлгөн биринчи деңгээлдеги ток булактары, туруктуу иштөө тогу, күтүү режиминдеги эффективдүүлүк, чыгымдар, айлантып берүүчү ток булактарынын EMC долбоорундагы каршылыктар BUCK ток булагынын долбоорунда чоң сүйүртүү болуп саналат. Бул каршылыктарды кантип чечүү жана аларды тең салмаk кылуу - бул архитектура, ток булак чипи, индуктор, Mosfet, конденсатор транзисторлору менен бирге ток булагынын техникалык багыты.

Бул макалада чоң динамикалык айлантып берүү тогунун (100-300%) автомобилдин борбордук домендеги контроллери деңгээл 1 ток көзүн долбоорлоого кошулган, DC-DC айлантуучу ток көзүн долбоорлоону карастырат, анын ичинде ток көзүнүн схемасы, индукторду, конденсаторду тандаа жана башка долбоорлоо ыкмалары; колдонуу маселесин, чыгымдарды, эффективдүүлүктү, техникалык кыйынчылыктарды изилдөө жана практикалык натыйжаларды карап чыгуу.

Бул эмгек Qualcomm SA8295 домен контроллерин мисал катары колдонуу менен бир баскычтуу BUCK импульстук ток булагынын чынайы долбоорун ишке ашырууну жана изилдөөнү карайт.

Бул маакалалар сериясы үч сериядан турат (келинчикте улантылып жана жаңыланып турат):

01- Qualcomm автомобильдик домен контроллеринин биринчи деңгээлдеги ток булагынын долбоорун тактоо: Ток булагынын долбоору жана эсептөө (бул бөлүм)

02- Qualcommдун автомобильдик аймак контроллеринин деңгээл 1 электр түйүндөгү дизайнды түшүнүү: схемалык дизайн жана PCB дизайны

03- Qualcomm Автомобильдик аймак контроллеринин деңгээл 1 электр түйүндөгү дизайнды чечип окуу: Өнүмдүлүк сыноо өлчөө анализи

1- Дизайн максаттары жана кыйынчылыктар

1.1 SA8295 өтүмдүү ток талаптары

Таблица 1: SA8295 Ток колдоо системасынын долбоорлоо талаптары

1.2 SA8295 Күтүү режиминдеги ток талаптары

Qualcomm SOC 3.3V электр тогунун күтүү режиминдеги чыгымы 4-7,5 мА ичине кирет (жадынын өзүн-өзү жаңылоо энергиясын камтыйт), күтүү режиминен чыгууга колдоо көрсөтөт.

Борбордук мээ (кокпит аймак контроллери) бүтүн машинанын жалпы ток бюджети 7-10 мА (13,5 В), 4G/5G модулу бөлөк алганда 4-5 мА чыгат, Qualcomm SA8295 тогу 13,5 В 3 мА (40 мВт) ичинде.

1.3 Үч кыйынчылык

1.3.1 Qualcomm аймак контролдогу SA8295 импульстук электр берүү тогунун чыгаруу кыйынчылыгы 1:

Чоң транзиттик ток, 3,3 В, 18 Амп (0,1 мс), DC-DC айлантуучу күч түзгүчтүн узак мөөнөттүү тең салмактуу чыгышы болуп саналат, анткени бул Buck күч түзгүчтүн 18 Амп тең салмактуу чыгышын долбоорлоо керек.

1.3.2 Qualcomm домен-баскармасынын SA8295 айлантуучу күч түзгүчтөрүнүн жогорку токтун динамикалык кыймылы 2:

SA8295 домен баскаруудагы тең салмактуу иштетүү тогунун амплитудасы 5-9 Амп диапазонунда, бул айлантуучу күч түзгүчтүн индуктивдүүлүгүн (индуктивдүүлүк менен токтун чоңдугу тең салмактуу иштеген токтун чоңдугунан 300% ашуун айырма менен тандалган) көлөмү, баасы, жыштыгы чоң каршылык келтиреди.

1.3.3 Qualcomm домен-баскармасынын SA8295 айлантуучу күч түзгүчтөрүнүн микрокүч эффективдүүлүгү боюнча кыймыл 3:

Күтүү режиминдеги электр энергиясынын чыгымы, 13,5 В 3 мА чыгымынын эффективдүүлүгү 70%, бул күч контроллеринин архитектурасы, индуктивдүүлүктү тандау долбоорлоо да чоң кыймыл болуп саналат.

Бул долбоор SA8295 бир деңгээлдүү Buck электр энергиясынын эң чыдамдуу долбоорунун негизинде иштелип чыккан, ал катталган күч трансформаторлору жана DC-DC технологиялык чечимдердин негизги кыйынчылыктарын изилдөөгө мүмкүндүк берет.

2- Программа тандауды салыштыруу

2.1 Qualcomm SA8295 домендык контрольдоо үчүн техникалык талаптар

2-таблицада көрсөтүлгөндөй:

Таблица 2: Qualcomm SA8295 электр камсыздоосун долбоорлоо талаптары

2.2 Программа долбоору жана техникалык маалымат

MPQ2918, MPQ2930, LM25141-Q1, MAX20098, LTC7803 жана LM25149-Q1 долбоорлоо талаптарын канасыз. Бул долбоордо LM25149-Q1 бул ортоңку мээ домендүү контроллердин биринчи деңгээлдүү электр камсыздоо үлгүсү катары тандалган.

2.2.1 LM25149-Q1 расмий шилтеме:

https://www.ti.com.cn/product/cn/LM25149-Q1?keyMatch=LM25149-Q1

Таблица 3: LM25149-Q1 Долбоордун колдонмо материалдары

2.2.2 LM25149-Q1 Datasheet:

LM25149-Q1 42-V Автомобилдик, Синхрондук, Buck, DC/DC контроллер ультранизк IQ жана интегралдуу активдүү EMI фильтринин техникалык маалыматы (Rev. B)

2.2.3 LM25149-Q1 иштетүү тахтасы:

LM25149-Q1 EVM Колдонуучунун нускамасы (Rev. A) (ti.com.cn)

2.2.4 Активдүү фильтрдин туруктуулугу жана өнүмдүлүгү:

Активдүү EMI фильтрлердин туруктуулугун жана өнүмдүлүгүн камсыз кылуу жолдору (ti.com.cn)

2.2.5 LM5149-LM25149 Дизайн инструменттери :

LM5149-LM25149DESIGN-CALC Есептөө каражаты | TI.com

3- Синхрондук BUCK электр энергиясын берүү системасынын долбоору менен есептөө

3.1 LM25149 түпнұсқа техникалык сипаттоолору жана долбоорлоо параметрлери

Таблица 4: Qualcomm SA8295 электр энергиясын берүү системасынын долбоорлоо талаптары

Натыйжалуулук

Активдүү ЭМИ фильтрлери

ЭМИ сыноо

Шилтеме долбоордун эскизи

Шилтеме долбоордун чечимин баалоо тактасы

3.2 LM25149 Синхрондук БАК индуктивдүү тандау эсеби

3.2.1 Синхрондук БАК импульстук күч трансформатору формуласы:

Таблица 5: Синхрондук БАК күч трансформаторунун проекттик эсептеөө формуласы

3.4 Минималдуу индуктивдүүлүк эсеби

(Формулаларды карагыла, Таблица 5.)

Таблица 6: Минималдуу индуктивдүүлүктүн (ΔI=0.3) графиктин эсеби

7-таблица: Индукция эсептөөнүн минималдуу чеги

3.4.1 Индукция эсептөө берекеттеринин кыскача мазмуну:

① Дизайн 6-20A (AI=0.3 эсептөө) диапазонун камтыса, 16V киргизүү, 6A чыгыш, индукция ≥ 0.69μH.

② Түзүлүш күчүнүн индукциясынын теориялык эсептөөсү Lmin: ≥ 0.69μH (теориялык);

③ Чындыкта дизайнердин тандашы жана индукциянын абалы ± 20%, андан 0.82μH жана 1.0μH тандаңыз – эң жакшы дизайн (индукция көбөйгөндө, индукция көлөмү көбөйөт, баасы көбөйөт, SRF төмөндөйт).

3.5 Индуктордун ток эсеби

(Формула: 5-таблицанын 1 жана 2-таблицасына карагыла)

8-таблица: 0.82μH индуктордун ток эсеби

9-таблица: 1.0μH индуктордун ток эсеби

3.5.1 Теориялык эсептелген индуктордун ток чектөөчү ≥ 20.76A, 21Aга чейин жылып турат:

Таблица 10: Индукция көрсөткүчтөрү

4- Ачылган электр энергиясы индукторун тандаңыз

Таблица 11: Индукторду тандаңыз

4.1 LM25149 импульстуу электр энергиясы индукторунун ток үлгү алуу каршылыгын эсептөө

Таблица 12: Индуктор тогун үлгү алуу каршылыгынын теориялык эсептөөсү

Таблица 13: Индуктивдүү үлгү алуу резисторун тандаңыз

4.2 Синхрондук BUCK импульстуу электр энергиясынын чыгууча сыйымдуулугун эсептөө

(Чыгууча сыйымдуулукту эсептөө: Таблица 5 формулаларына карагыла)

Таблица 14: Синхрондук BUCK импульстуу электр энергиясынын чыгууча сыйымдуулугун эсептөө

Синхрондук BUCK импульстуу күч трансформаторын долбоорлоо үчүн, киргизүү жана чыгаруу фильтр конденсаторлорунун өлчөмү, көлөмү, баасы бардык шарттарга дал келет, конденсатордун техникалык көрсөткүчтөрү белгилүү шарттарда текшерилет, текшерүү процесстеринде ар башка приборлор колдонулушу мүмкүн, бирдей көрсөткүчтөр 10-50% айырмачылык болушу мүмкүн, соңку долбоордо иштөө кабилиyetин текшерүү үчүн практикалык сыноого жана тестке даярдалыш керек (долбоордо оптималдуу чечим жок, сценарийге ылайыктуу вариантты тандаңыз) (Долбоордо оптималдуу чечим жок, сценарийге ылайыктуу вариантты гана тандаш керек).

Импульстуу конденсаторлор төмөнкү шарттарды камсыз кылууга тийишши: сыйымдуулук ≥ 320uF (Овершут талаптары), керамикалык конденсатордун сыйымдуулугу 2.435uF дан чоң болуш керек (негизги эмес шарт, мүмкүн болсо орундалышы керек)

Таблица 15: Импульстуу күч трансформаторлору үчүн чыгууча фильтр конденсаторлорунун моделдерин тандау боюнча сунуш

Таблица 16: Импульстуу күч трансформаторлору үчүн чыгууча фильтр конденсаторлорунун долбоору

4.3 LM25149 Күч трансформаторунун киргизүүчү конденсаторун эсептөө

4.3.1 Киргизүү сыйымдуулугун эсептөө

Таблица 17: Тейлөөчү күч трансформаторунун киргизүү фильтринин сыйымдуулугун эсептөө

Таблица 18: Тейлөөчү күч трансформаторунун чыгыш фильтринин тандалышы

4.4 LM25149 Mosfet тандалышынын эсеби

4.4.1 Mosfet боюнча эсептөөлөр

LM25149 техникалык маалыматтар бетинде ачык-айрым эсептөөлөр жана тандалышы боюнча маалыматтар жок, QG боюнча эсептөөлөр жана баалоолорго негизделген тандалыш, эсептөө нәтижелери 4.5-5.0V Vgs, ≤ 22nC, эсептөө процесстерин төмөндөгү таблицага карап, Миллер платосу үчүн 2-3V (3Vга жакын болсо да болот), Rdson тандаңыз ≤ 8mΩ.

Таблица 19: Mosfet тандалышы жана эсептөөлөр

4.5 Mosfet тандаш боюнча сунуштар

Таблица 20: Mosfet моделдерин тандаш

4.6 LM25149 FB жана компенсациялаштыруу боюнча эсептөөлөр

Таблица 21: FB жана компенсациялоо эсептөөлөрү

4.7 LM25149 EMC долбоордун эсептөөлөрү

Ашыкча анализдөөгө болбогон учурда техникалык шартка тешке көрсөтүңүз.

5- Долбоордун кыскача мазмуну

5.1 LM25149BUCK электр энергиясын берүү системасынын долбоорун тандау боюнча кыскача мазмуну

Таблица 22: Долбоор жана Тантоо

5.2 Программанын кыскача мазмуну

Синхрондуу ажыратуучу электр энергиясын берүү системасынын иштөө натыйжалуулугу көптөгөн факторлордон жана көрсөткүчтөрдөн көз каранды, аларды тактоо үчүн чынжылган шарттарды эске алуу керек. Бул бөлүм теориялык эсептөөлөр үчүн колдонулат, практикалык долбоордо теориялык билдирүүлөргө негизделет, долбоордун натыйжалуулугу менен көрсөткүчтөр компоненттердин иштөө мүмкүнчүлүктөрүнө, пайдалануу шарттарына, трассировкасына жана башкаларга катуу сыноо жана текшерүүнү талап кылат.

Жогорку өткөрүүчү домендеги контроллер үчүн синхрондуу buck электр тейлөө тизими - контроллер долбоорлоо технологиясынын кыйын техникалык сферасы, производительность, көлөм, чыгымдарды тең салмаk керек. Kodak Ka фокустар индукторду изилдөө жана долбоорлоого көңүл бургандар. CSEB0660-1R0M жогорку өткөрүүчү платформаны иштетүүгө жана колдонууга ылайыкталган, жогорку ишенимдүүлүк-чыгым, токка каршы туруу кабилиyetи, аз жылып калуу сыяктуу техникалык артыкчылыктары бар, ал эми өндүрүштө өтүмдүү электр энергиясынын көлөмүнө тийиштүү; Kodak Ka технологиялык илимий-изилдөө, техникалык новацияларга жана индуктор индустриясы үчүн жакшы продукцияларды иштеп чыгууга көңүл бургандар, электроникалык продукцияларды иштетүүгө жана колдонууга жардам берип келет.