Жаңы энергиялык транспорт каражаттарынын өнүмдүлүгүнүн ылдам өсүшү өнөрбабадагы азырап тарбаган өсүшкө алып келди, авто умтулган, автономдуу жүрүү жаңы энергиялык автомобилдердин бетке чыгуусунун эң негизги конкуренткө сай келүүчү фактору болуп саналат. Бул ортодон күтүлгөндөй, борбордук мээге жана аймактык контроллерге тейеш үчүн DC-DC импулстук күч тракциясынын надеждүүлүгү, жогорку кубаттуулуга ээлик, импулстук күч тракциясы EMC, жогорку эффективдүүлүк, чыгымдарга туруктуулук сыяктуу маселелерге жаңы шарттар менен мүмкүнчүлүктөр ачылат.
Баракеттүү кокпиттин домендык контроллеринин жабдуку катары, SA8155 жана SA8295 маанилүү орун алат, борбордук домендин SOC деңгээли 1 транзиттүү тогу, туруктуу иштеп турган ток, күтүп турган режимде иштөө эффективдүүлүгү, чыгымдар, шундай эле имараттык күч трансформаторунун EMC долбоору ортосундагы карама-каршылык BUCK күч трансформаторунун долбоорунда чоң сүрөт коюуда. Бул карама-каршылыктарды кантип чечүү жана аларды тең салмақтоо – бул өзгөрүүчү күч трансформаторунун архитектурасы, күч модулдары, индукторлор, Mosfet, конденсаторлор өндүрүүчүлөрүнүн технологиялык багытта биргелеше иштөөсүнө байланыштуу.
Бул макалада чоң динамикалык ажыраткыч күч тогу (100-300%) үчүн автомобилдин борбордук домендык башкаруу деңгээли-I күч тогунун долбоору, DC-DC ажыраткыч күч тогунун долбоорун изилдөө, күч тогунун схемасын, индуктивдүүлүктү, конденсатордун тандалышы жана башкаларды камтыган дизайнердик методдорду, көлөмдү, чыгымдарды, эффективдүүлүктү, иштөө чыгыштарын жана чын жагдайда колдонуу үчүн дизайнды карап чыгуу.
Qualcomm SA8295 домендүү контроллерин мисал катары алып, бул бөлүмдө BUCK ажыраткыч күч тогунун чынайы долбоорун талкуулап, ишке ашыруу.
Бул бөлүм сериянын биринчи бөлүмүндө (BUCK ажыраткыч күч тогунун теориясы менен эсептөөлөрдү толук түрдө түшүнүү) терең билим талап кылат жана LM25149 негизинде деталдуу BUCK күч тогун долбоорлоого улантуу берет.
Бул маакалалар сериясы үч бөлүмдөн турат (андан кийинки үзгүлтүксүз жаңылоолор):
01-Дек Qualcommdun Автомобилдик Домен Башкаруу Level 1 Күч Тогунун Долбоорун Ачуу: Күч Тогунун Долбоору Менен Эсептөө (Чыгарылды)
02-Qualcomm Автомобилдик Домендик контроллер деңгээли 1 ток колдоо системасын долбоорлоого: схемалык долбоор жана PCB долбоор (бул бөлүм )
03-Qualcomm Автомобилдик Домендик контроллер деңгээли 1 ток колдоо системасын долбоорлоого: аткаруу тестинен ченөө анализи (чыгарылбай турган)
1- Долбоорлоо максаттары менен кыйынчылыктар
1.1 SA8295 өтүмдүү ток талаптары
Таблица 1: SA8295 Ток колдоо системасынын долбоорлоо талаптары
ЭСКЕРТҮҮ: Эң соңку SA8295 долбоорунда 21A (1 NPU) жана 24A (2 NPU) керек, ал эми бул долбоор 30A чейинки токко чыдайт
1.2 Долбоорлоо максаттары
Бул долбоордо LM25149 колдонулуп домендик контроллердин негизги ток колдоо системасы долбоорлонгон , 24A (100µs) токтун убактылуу өтүшүн камсыз кылып, 10A ден жогорку турактуу ток менен иштөө шарттарын аткарат, алардын ораздуу балансын иретке келтирет.
ЭСКЕРТҮҮ: Убактылуу ток термиялык маселеге алып келбейт (Qualcomm SA8295 үчүн убактылуу ток 100µs гана созулат). Бирок чоң турактуу ток температуранын көтөрүлүшүнө алып келет, ошондуктан термиялык иштөөгө тийгизген таасирин баалоо зарыл (чечимди чынжыктагы шарттарга ылайык тандаш керек).
2- Принципиалдык электр сызбасы жана PCB дизайны
2.1 Негизги компонентти тандоо
Домендик контроллер деңгээлиндеги импульстук кубат берүү системасынын компоненттерин тандоо критерийлери: иштөө мүмкүнчүлүгүн приоритеттештирүү, баасын эске алуу менен, PCBнин аянтын кичирейтүү; BUCK импульстук кубат берүү системасынын EMC маселеси жана ток контуру маселесин карап чыгуу, жалпы BUCK импульстук кубат берүү системасын долбоорлоо теориясына жана эрежелерине ылайык болуш керек, жалпы долбоорлоо методологиясына шилтеме кылууга болот.
Электрондук компоненттерди тандаоо жана эсептөө боюнча маалыматты 1-бөлүмдө караңыз (Qualcomm Automotive Domain Controller Level 1 электр түйүндөрүн долбоорлоо: Электр түйүндөрүн долбоорлоо жана эсептөө)
Бул долбоордо 2-опция тандалган (C1210 пакетте сегиз 47uF керамикалык конденсатор колдонулат). Бул тандоого чектөө жок, өнімді долбоорлоо модельдин наактуу абалына жараша өзгөртүлүп, тесттик натыйжаларга ылайык оптимизацияланат.
Таблица 2: BUCK электр түйүнү - варианттын долбоорлоосу
2.1.1 BUCK электр түйүнү - MOSFET тандаш
Таблица 3: BUCK электр түйүнү - MOSFET тандаш
2.1.2 BUCK электр түйүнү - индуктивдүүлүктү тандаш
Моделдин номери менен индуктивдүүлүктү тандаш: VSEB0660-1R0MV
Таблица 4: Индуктивдүүлүктү тандаш
2.1.3 BUCK электр түйүнү - чыгуучу фильтр конденсаторун тандаш
Таблица 5: BUCK электр түйүнү - чыгуучу фильтр конденсаторун тандаш
2.1.4 BUCK электр бериш системасы - киргизүү фильтр конденсаторун тандаңыз
Таблица 6: BUCK электр бериш системасы - киргизүү фильтр конденсаторун тандаңыз
2.2 Схемалык жана PCB долбоорлоо каражаттарынын долбоору
2.2.1 Схемалык жана PCB долбоорлоо: Caritron EDA ( https://lceda.cn/)
Сүрөт 1 Caritron EDA менен таанышуу
Jialitron EDA - эң мыкты тегин EDA өнүктүрүү каражаты, күчтүү жана эффективдүү өнүктүрүү, ушул долбоордо схемалык жана PCB долбоорлоо үчүн Jialitron EDA колдонулат.
2.3 BUCK электр бериш системасы - схемалык долбоор
2.3.1 BUCK электр бериш системасы - схемалык долбоор
Схемалык долбоор LM25149-Q1 техникалык маалыматтары жана расмий өнүктүрүү платасына негизделген, долбоор BUCK импульстук электр бериш теориясынын негизине жана жогорку өткөргүч контроллеринин биринчи даражадагы электр бериш талаптарына ылайык келет.
Сүрөт 2 LM25149 схемасы
2.3.2 BUCK күч таратуу тизмеги - Схемалык долбоордо технологияга багыт берүү
Киргизүү портунун EMC тизмеси：
Технологиялык пункттар：
① L1 негизинен импульстук күч тараткычтын өткөрүлүш радиациясынын киргизилген электр энергиясына тийгизген таасирин азайтуу үчүн колдонулат, импульстук күч тараткычтын жыштыгы 2,2МГц, L1 жана C23 LC сүзгүч тизмесин түзөт (C16 – 500КГцке чейинки төмөнкү жыштыктагы электролиттик конденсатор), 2,2МГц деңгээлинде 60дБга чейин азайтат.
② C21 импульстук буланууну (күч трубкасынын четтеринин теребелешин) азайтат жана негизинен EMC буланууну 10-100МГц диапазонунда азайтат.
③ Эгер C21, C23 күч тараткыч (коргоо алдында) болсо, ийкемдүү терминалдуу конденсатор түрүн тандаш керек, эгер коргоо болсо, авто унаа үчүн белгиленген конденсаторду тандаш мүмкүн. Коргоо механизмине окшош натыйжа алуу үчүн эки конденсаторду катарлаш кылып дагы орнотсо болот.
Электр ылдам транзисторлору менен LM25149 киргизүүчү сыйымдуулуктарды шунттоочу сыйымдуулук бирдей талаптарга ээ, бул долбоор натыйжаларды текшерүү үчүн колдонулбайт, бир жалгыз керамикалык материалды, продукциялык деңгээлдеги долбоордо автомобиль классындагы долбоорлоо талаптарын көз каранды кылуу керек.
ЭСКЕРТҮҮ: LM25419 активдүү EMC ны жок кылуу жана эки жолу таралган спектр технологиясы, EMC амплитудасын белгилүү бир чегине чейин гана камтып, EMC ны толугу менен жок кыла албайт, 2.2MHz ажыратуучу тактынын энергиясына байланыштуу, жогорку ток (≥ 10A) үстүмүздө стандарттан асат албайт, иштикте оңдоого негизделген болушу керек, эгер C23 тийгинин алып салса да радиация өтүп кетсе, C23 тийги тийгиштен сактанууга болот, Чыгымдарды кимендөө.
BUCK кубаттуулугу киргизүүчү конденсаторлор:
① C2,C3 BUCK күч түрткүсүнүн киргизүүчү сыйымдуулугун, айлантуучу күч түрткүсү EMC иш-аракетинин негизги мааниси бар. 10uF сыйымдуулуктун тандалышы 2Mhz ближинде импедансы ≤ 5mΩ болгондо, CGA4J1X8L1A106K125AC жана CGA6P1X7S1A476M250AC техникалык көрсөткүчтөрү жакшы, сыйымдуулук X7R менен тандалышы мүмкүн, чыдамдуулугу 35V/50V, корпус C1210 жана C1206 болушу мүмкүн. Бул жоболоо C1210 корпус тандалган, анда иш-аракетти текшерүү үчүн көбүрөөк моделдер болушу мүмкүн.
② C4 жогорку жыштыктагы айлантма EMC конденсаторлору үчүн, 50V X7R, C0402 корпус туура келет.
C2, C3, C4, токтун контуруна (Layout деталдарын кара) эсимди аударуу керек, BUCK күч түрткүсүнүн киргизүүчү сыйымдуулугунун талаптарына жана теориясына ылайык, киргизүүчү сыйымдуулук боюнча түшүнүктү тереңдетүү үчүн BUCK айлантуучу күч түрткүсүнүн теориясын үйрөнүүгө болот.
③ TP7,TP9,TP13 TG, BG жана SW сигналдарын текшерүү үчүн колдонулат, өлүк убакыттын негизделишин, чыңалууну жана MOSFETтин арткан жана түшүп кеткен четтеринин иштешин текшерүү үчүн колдонулат, бул алмаштыруу электр энергиясынын иштешинин негизги көрсөткүчтөрү болуп саналат.
GNDнин TP тесттик пунктту пайдалануу осциллограф менен GND шлейфти текшерүүнү азайтуу үчүн жана тактагы тестти жакшыртуу үчүн колдонулат, LAYOUTду тесттик сигналдын тийешелүү тесттик пункттарына мүмкүн болушунча жакын жайгаштырыш керек.
MOSFET ээси үчүн жетектөөчү резистор:
① R1 жана R2 MOSFET ээсинин жетектөөчү резисторлору, алар күч MOSFETинин арткан жана түшүп кеткен четтеринин иштешине маанилүү таасир этет.
② R1, R2 тандашу BUCK күч контоллеринин чыгуу тогунун башкаруусу менен аныкталат (контроллер (PULL жана PUSH резисторлор), күч MOSFET шлюз импедансы жана заряддык өзгөчөлүктөрү (кириш сыйымдулугу CISS) таасир этет. Баштапкы долбоордо бардык резисторлордун суммасын ≤ 10 ом деп тандашкан, бирок заряддык өзгөчөлүктөргө да карата, акыр-аягы тактоо керек, туура келген каршылык маанисин тандаш керек.
③ R1 жана R2 ошондой эле EMC боюнча переключениенин критикалык параметрлери, орточо тизмектин негизги загубдарына таасир этет. Аракетте эффективдүүлүк (MOSFETтин жылыышы) менен EMCдин карама-каршы келүүсүн тең сактоо керек.
ЭСКЕРТҮҮ: переключениенин өзгөчөлүктөрүн жана өлтүрүлгөн убакытты сыноо үчүн 6 тесттик пункт.
Чыгуу күч тизмеги:
① Индуктивдүүлүктү тандаш: Индуктивдүүлүктү тандаштын эки негизги каражаты бар:
-Транзиттүү иштеп чыгуу тогу: 21 (24) A чыгарууга мүмкүнчүлүк берет (убакыт: 100 мкс)；
-Туруктуу токтун иштөөчү тогу: 10А, 10А токто стабилдуу иштей алса (85° айлана теги температура шарттарын камтыйт);
-Кечине токтун узактыгы ≤ 100ус, ал эми иштетүү фазасында пайда болот, индуктордун чыныгып кетишине чейинки шарттарды кантип булга берүү керек (ток индуктивдүүлүк маанисин камтыйт).
② Сэмплинг резистордун тандалышы: сэмплинг резистор R1206 пакети, термалдык энергиясы ≥ 0.5W;
③ Конденсаторлардын тандалышы: негизги бөлүмдүн чыгуучу фильтр конденсаторлору боюнча бөлүм;
Feedback Circuit:
LM25149 моделде туруктуу чыгыш конфигурациясы жана feedback чыгыш конфигурациясы бар, деталдар үчүн техникалык документацияга карагыла;
① VDDA менен R14l кошулган, чыгышы 3.3V
② R14=24.9K, чыгышы 5.0V
③ R14=49.9K, чыгышы 12.0V
R14, R9 жана R10 чыгыш кернешин орнотуу үчүн бос колдонулбайт;
R19 жана TP3, TP4: текшерүү үчүн, фаза маржасы, кесилиш жыштыгы ж.б.
ЭСКЕРТҮҮ: TP3 жана TP4 текшерүү, фаза маржасы, кесилиш жыштыгы ж.б. үчүн колдонулат
Функция түзүлүшү:
① EN: Иштетүү сигналы, ≥1.0V ток көзүн иштетет, так төмөнкү керне багалоо үчүн колдонсо болот;
② Sync-PG: Синхрондук чыгыш же Ток дурус, бул долбоор Ток дурус үчүн колдонулат;
③ PFM/SYNC
-Дефолт (NC) жампер: Диод аналогу, кичине ток чыгышы, жогорку эффективдүүлүктө иштей алат;
-GND менен шорт-чыр туташтыргыч, CCM режимине тийкарлаңыз;
④ Чиптин иштөө режимдерин орнотуу: барысында беш иштөө режимине ээ (талапка караганда)
2.4 BUCK электр камсыздоосу - PCB долбоорлоо
2.4.1 BUCK электр бериш-PCB долой жоболоо
① -ЖОГОРУ
② -GND
③ -Сигнал
④ -Түбү
2.4.2 BUCK электр бериш-PCB технологияга багытталган жоболоо
Киргизүү жана чыгаруу сыйымдуулуктун шлейфтери:
① BUCK электр көзүнүн киргизүү сыйымдуулугу жана чыгаруу сыйымдуулугу минималдуу шлейфті сактоого тийиш, бул EMC үчүн чоң мааниге ээ;
② C4 негизинен айлануу четинде пайда болгон дуудун нервдүүлүгүн жуткандай колдонулат.
MOSFET жана индуктивдүү шлейфтер:
① Экиге-бир MOSFET колдонуу түзүлүштүн аянтын кичирейтет жана баасын төмөндөйт, бирок жаман жагы - түзүлүш SW минималдуу контурду сактай албайт.
② Экиге-бир MOSFETтин SW нүктөсү PCB тескери орнотуунун бир эле катмарын ишке ашыра албайт, анткени токтун үзгүлтүксүздүгүн ишке ашыруу үчүн катмарды өзгөртүп, тегиздикти туташтыруу керек.
Токту үлгүлөө:
① Токту үлгүлөө GND тегиздигине салыштырма орнотуу менен талап кылат;
② Импедансты башкаруу жана тең узундук талап кылынбайт, ал эми орнотуу түзүлүштүн минималдуу аралыгын сактайт.
FB реакциясы:
Каршылыктар жана башка кудараттар контролдук чип пиндерине жакын болушу керек.
Жылуулук ажыратуу жана GND:
Жылуулук чыгарган кудараттар: MOSFETтер, индуктивдиктер жана үлгүлөөчү каршылыктар, жылууну өткөрүү үчүн тегиздин аянтын кеңейтүүгө болот, GND тесме канча көп болсо, версиянын жылуулук ажыратуу шарттары оңолот.
3- Домендүү Баскыч 1 BUCK Электр энергиясын берүү долбоору - Кыскача
3.1 3D-чиймелөө
3D-сүрөт-1
3D-сүрөт-2
3.2 Дизайндын кыскача мазмуну
① Ажырма трансформатордун дизайны 4 катмарлуу конструкцияны, PCB калындыгы 1.6 мм жана өлчөмү 30X65 мм колдонот;
② Чыгаруу тогу Qualcomm SA8295 максималдуу 24A убактылуу токко жетишет, туруктуу 10A же андан ашык чыгаруу мүмкүнчүлүгүн колдойт.
4- Биз жөнүндө Codaca Электрондук жабдуулар
Codaca индуктордун өз алдынча илимий изилдөө, долбоордоо жана чыгарылышына басым жасайт, VSEB0660-1R0M Qualcomm платформасынын иштетүү жана колдонуу үчүн жарашкан, ал жакшы натыйжалуулук, токтун насыщениевине каршы турушчу, жылытпайт, сектордо иштеген электр-техникалык тажрыйба менен бирге жетекчилик кылат. Codaca индуктор индустриясы үчүн илимий-изилдөө иштерин жүргүзүү, технологиялык инновацияларды жана сапаттуу продукттарды долбоордоого, электроникалык продукттарды иштетүү жана колдоно беришке жардам берет.
5- Сыноо жана расмий жоболоо
Кийинки текшерүү тестин жеткилдүү аныктоо үчүн, кайрылуу керек: 03-Deciphering Qualcomm's Automotive Domain Controller Level 1 Power Supply Design: Performance Test Measurement Analysis (жарыялануусу күтүлүүдө)
[Шилтеме]
1.LM25149-Q1：ti.com.cn/product/cn/LM25149-Q1
2.BUK9K6R2-40E： https://www.nexperia.cn/product/BUK9K6R2-40E
EN