Шинэ энергийн тээврийн хэрэгслийн салбарын хурдан хөгжил нь олон төрлийн аж үйлдвэрийн гинжин бүтцийн эрчимтэй өсөлтийг дэмжсэн бөгөөд автомашины оюун ухаантай болох, өөрөө жолоодох чиглэл нь шинэ энергийн тээврийн хэрэгслийн хамгийн чухал үндсэн өрсөлдөх чадвар болсон. Энэ нь маш ихинтэй нэгтгэгдсэн төв тархи болон домэйны контроллерт шинээр сорилтууд, боломжуудыг оруулсан бөгөөд ялангуяа DC-DC шилжилтийн цахилгаан хангамжийн найдвартай байдал, өндөр чадлын нягтрал, EMC, өндөр үр дүнтэй байдал, зардал-үр дүнтэй байдлыг шаарддаг.
Оюунлаг кокпитийн домэйн контроллерийн нийлүүлэгч болоод SA8155 ба SA8295 чухал байр эзэлдэг бөгөөд төв домэйн контроллерийн SOC-ийн анхдагч цахилгаан хангамж (баттерейн оролтоос шууд хувиргагдсан цахилгаан хангамж) дэх агшин зуурын гүйдэл, тогтвортой ажиллагааны гүйдэл, бэлэн байх үеийн үр ашгийн харьцаа, өртөг, импульс цахилгаан хангамжийн EMC загварын хооронд гарч буй эсрэг байдал нь BUCK цахилгаан хангамжийн загварчлалд том сорилт болсон. Эдгээр эсрэг байдлыг хэрхэн шийдвэрлэж, тэнцвэртэй болгох вэ гэдэг нь импульс цахилгаан хангамжийн бүтэц, цахилгаан хангамжийн чип, индуктал, MOSFET, конденсаторын үйлдвэрүүд хамтран ажиллах техникийн чиглэл юм.
Энэхүү судалгааны ажил нь том динамик түвшинд шилжих цахилгаан хангамж (100-300%)-ийн төвийн мужийн удирдлагын гол цахилгаан хангамжийн загварыг зохион бүтээхэд чиглэсэн DC-DC шилжих цахилгаан хангамжийн дизайн, түүнд хамаарах цахилгаан хангамжийн схем, индуктор, конденсаторын сонголт болон бусад загварчлалын аргачлалыг хэмжээ, өртөг, үр ашиг, гүйцэтгэлийн дутагдал зэрэг хүчин зүйлсийг харгалзан авч ярилцана.
Энэ бүлэг нь Qualcomm SA8295 мужийн удирдлагын системийг жишээ болгон авч, эхний түвшний BUCK шилжих цахилгаан хангамжийн практик загварчлалыг хэлэлцэж, хэрэгжүүлнэ.
Энэхүү бүлгийг уншихын тулд эхний цувралыг (BUCK шилжих цахилгаан хангамжийн онол болон дэлгэрэнгүй тооцоо) унших шаардлагатай бөгөөд LM25149 суурьлан BUCK цахилгаан хангамжийг дэлгэрэнгүй загварчлах ёстой.
Энэхүү өгүүллийн цуврал нь гурван цувралаас бүрдэх ба (одоогоор шинэчлэгдэж байна):
02-Кваликомын автомашиний мужийн удирдлагын системийн анхдагч цахилгаан хангамжийн загварыг тайлбарлах: Схемийн загварчлал болон PCB загварчлал (одоогийн бүлэг)
1- Загварчлалын зорилго, сорилт
1.1 SA8295-ийн агшин зэргийн гүйдлийн шаардлага
Хүснэгт 1: SA8295 цахилгаан эх үүсгэврийн загварчлалын шаардлага
Тэмдэглэл: SA8295-ийн хамгийн сүүлийн үеийн загварын шаардлага нь 21A (1 NPU) ба 24A (2 NPU) бөгөөд энэ загвар нь (30A гүйдлийн илүүдлийн хамгаалалт) хүрээг хамрах боломжтой.
1.2 Загварын зорилго
Энэ загвар нь LM25149 загварын домэны удирдлагын тэргүүн зэргийн цахилгаан хангамж , ямар нэгэн агшин дахь 24A (100us) гүйдлийн шаардлагыг хангаж, 10A-аас дээш тогтвортой ажиллагааны нөхцлийг хангаж, эзлэхүүн, өртөг, ажиллагааны талаар нэгдмэл тэнцвэрийг бий болгодог.
Тэмдэглэл: Агшин дахь гүйдэл нь халуун үүсгэх асуудал үүсгэхгүй (Qualcomm SA8295-д зөвхөн 100uS агшин дахь гүйдэл), тогтвортой их гүйдэл нь температурын нэмэгдэлд хүргэдэг. Температурын нэмэгдлийн нөлөөг хэмжих шаардлагатай (загварын шийдэл нь бодит орчны нөхцөлд тулгуурлан сонгогдоно).
2- Схем ба PCB загварчлал
2.1 Үндсэн элементийн сонголт
Домэйн контроллерийн гол түлхүүр цахилгаан хангамжийн бүрэлдэхүүн хэсгийг сонгох шалгуур: үйл ажиллагааг эхэлж авч үзэх, өртгийг харгалзан үзэх, PCB-ийн талбайг багасгах; BUCK түлхүүр цахилгаан хангамжийн EMC асуудал болон гүйдлийн гогцооны асуудлыг харгалзан үзэх нь ерөнхий BUCK түлхүүр цахилгаан хангамжийн загварчлалын онол болон дүрмийн дагуу бөгөөд ерөнхий загварчлалын аргыг ашиглах боломжтой.
Цахилгаан бүрэлдэхүүн хэсгийн сонголт болон тооцооны талаар дэлгэрэнгүй мэдээллийг 1-р бүлэгт ( Qualcomm Автомашины Домэйны Контроллерийн Эхний Шатны Цахилгаан Хангамжийн Загварчлал: Цахилгаан Хангамжийн Загварчлал ба Бодолт )
Энэ загварчлалын хувьд 2-р сонголт (найман ширхэг 47uF C1210 багцын керамик конденсатор ашиглах). Загварчлал энэ сонголтоор хязгаарлагдахгүй бөгөөд бүтээгдэхүүний загварчлалыг бодит нөхцөлд нийцүүлэн тохируулах боломжтой бөгөөд бодит туршилтын үр дүнд үндэслэн загварчлалыг сайжруулах боломжтой.
Хүснэгт 2: BUCK цахилгаан эрчим хангамж - схемийн дизайн
2.1.1 BUCK цахилгаан эрчим хангамж-MOSFET сонгох
Хүснэгт 3: BUCK цахилгаан эрчим хангамж-MOSFET сонгох
2.1.2 BUCK цахилгаан эрчим хангамж - индукторыг сонгох
Индукторыг VSEB0660-1R0MV загвараар сонгоно
Хүснэгт 4: Индукторыг сонгох
2.1.3 BUCK цахилгаан хангамжийн гаралтын шүүлтүүрийн конденсаторыг сонгох
Хүснэгт 5: BUCK цахилгаан хангамжийн гаралтын шүүлтүүрийн конденсаторыг сонгох
2.1.4 BUCK цахилгаан хангамж - оролтын шүүлтүүрийн конденсаторын сонголт
Хүснэгт 6: BUCK цахилгаан хангамж - оролтын шүүлтүүрийн конденсаторын сонголт
2.2 Схем ба PCB зураг төслийн багажны дизайн
2.2.1 Схем ба PCB зохиомж: JLC Technology EDA ( https://lceda.cn/)
Зураг 1: Caritron EDA-гийн танилцуулга
JLC Technology EDA нь Хятад улсад хамгийн тэргүүлэх үнэгүй EDA хөгжүүлэлтийн хэрэгсэл бөгөөд хүчирхэг функц, өндөр хөгжүүлэлтийн үр дүнтэй байдаг. Энэ зохиомж нь JLC Technology EDA-г ашиглан схемийн зураглал ба PCB-г зохиомжилсон.
2.3 BUCK цахилгаан хангамж - схемийн зураг төсөл
2.3.1 BUCK цахилгаан хангамж - схемийн зураг төсөл
Зохиомжийн зарчим нь LM25149-Q1-ийн техникийн шаардлага болон албан ёсны хөгжүүлэлтийн самбарыг үндэслэж, BUCK транзисторын цахилгаан хангамжийн үндсэн онол, мөн өндөр давтамжийн мужийн хяналтын төхөөрөмжийн анхдагч цахилгаан хангамжийн зохиомжийн шаардлагад нийцдэг.
Зураг 2 LM25149-ийн схемийн зураглал
2.3.2 BUCK цахилгаан хангамж - схемийн зохиомжид чухал технологи
Оролтын EMC хэлхээ:
Техникийн цэгүүд:
① L1-ийн үндсэн үүрэг бол импульс хангамжийн удирдлагын орох цахилгаан хангамж дээр гарч буй шууд ба цацрагдсан шуугианы нөлөөг багасгах явдал юм. Импульс хангамжийн давтамж нь 2.2MHz бөгөөд L1 ба C23 нь LC шүүлтүүрийн хэлхээг үүсгэдэг (C16 нь электролит конденсатор бөгөөд вольт багатай, 500KHz-ийн доорх давтамжийг голлон шүүдэг) ба 2.2MHz-д 60dB-аар бууруулна.
② C21 нь импульсийн шуугианыг (хүчний хоолойн ирэх ба унших ирмэгийн хэлбэлзлийг) багасгадаг бөгөөд голчлон 10-100MHz муж дахь EMC шуугианыг багасгадаг.
③ Хэрэв C21 ба C23-г анхдагч цахилгаан хангамжинд (хамгаалалтаас өмнө) ашигладаг бол таталцлын төгсгөлийн конденсаторын загварыг сонгох шаардлагатай бөгөөд хэрэв хамгаалалттай бол автомашиний ангийн конденсаторыг сонгоно. Иймээрх хамгаалалтын механизмийг цуваа холбогдсон хоёр конденсаторын байршлыг ашиглан ч мөн хэрэгжүүлж болно.
Цахилгаан MOSFET болон LM25149-ийн оролтын конденсатор, тусгаарлагч конденсаторын хувьд ижил шаардлагууд тавигддаг бөгөөд энэ дизайн нь ашиг шимийг баталгаажруулах зориулалттай биш бөгөөд цахиурлагчийн хувьд ганц керамик ашиглах ба бүтээгдэхүүний түвшний загварчлал нь автомашинд тавигдах шаардлагын дагуу хийгддэг.
Тэмдэглэл: LM25419-ийн идэвхтэй EMC-ийг засварлах болон хос санамсаргүй спектрийн далайцны технологи нь зөвхөн тодорхой хязгаарт EMC-ийн далайцыг бууруулдаг бөгөөд EMC-ийг бүрмөсөн арилгаж чаддаггүй. 2.2MHz давтамжтай холбоотой энерги, өндөр гүйдэл (≥10A)-ийн дээрх хэрэглээнд хэтэрсэн стандартын эрсдэл үүссээр байх бөгөөд үнэмлэхүй засвар үйлчилгээний үр дүнд үндэслэнэ. Хэрэв C23-г авч хаяхад ч явуулагдсан цацрагийг давж гарах боломжтой бол C23-ийн хэрэглээг хэмнэж, зардлыг бууруулах боломжтой.
BUCK цахилгаан эрчим хүчний оролтын конденсаторууд:
① C2, C3 нь BUCK хүчдэл бууруулагчийн оролтын конденсаторууд бөгөөд транзисторын хүчдэл зохицуулагчийн EMC ажиллагаанд маш чухал үүрэг гүйцэтгэнэ. 10uF-ийн конденсаторыг сонгохдоо орчимд нь 2МГц дээрх эсэргүүцэл ≤5mΩ байхаар сонгоно. Таниулсан техникийн үзүүлэлтүүдийн хувьд CGA4J1X8L1A106K125AC болон CGA6P1X7S1A476M250AC загварууд нь сайн үзүүлэлттэй байдаг. Конденсаторыг X7R, 35V/50V хүртэлх хүчдэл тэсвэртэй, C1210 ба C1206 хэмжээтэйгээр сонгож болно. Энэхүү дизайнд C1210 хэмжээг сонгосон бөгөөд энэ нь загварын олон талаарх шалгалт, баталгаажуулалтын ажиллагааг өргөн хүрээтэй хийх боломжийг олгоно.
② C4 нь өндөр давтамжийн транзисторын EMC конденсатор бөгөөд 50V X7R, C0402 хэмжээтэйг сонгоно.
C2, C3, C4-ийн байршилд гүйдлийн циклд анхаарал тавих шаардлагатай (Layout-ын дэлгэрэнгүй мэдээллийг үзнэ үү). BUCK хүчдэл бууруулагчийн оролтын конденсаторын үндсэн шаардлагууд болон загварчлалын онолыг хангасан байх ёстой. Оролтын конденсаторын талаарх ойлголтоо гүнзгийрүүлэхийн тулд BUCK хүчдэл бууруулагчийн онолыг судлаарай.
③ TP7, TP9, TP13 нь переключатель-ийн TG, BG болон SW сигналуудыг шалгахад ашиглагдаж, зүгээрх цаг хугацаа, хурдны чанар, мөн MOSFET-ийн ирж буй болон унах ирмэгийн үзүүлэлтийг шалгах чухал цахилгааны гүйцэтгэлийн туршилтын индекс юм.
GND-ийн TP шалгалтын цэгийг осциллографын GND гүйдлийн гишгээг багасгаж, нарийвчлалыг сайжруулах зорилгоор ашигладаг бөгөөд LAYOUT нь шалгалтын цэгийг холбоотой шалгалтын дохионтой боломжийн хэрээр ойр оршсон байхаар тооцоолох шаардлагатай.
MOSFET хаалганы хөдөлгүүр эсэргүүцэл:
① R1 ба R2 нь MOSFET-ийн хаалтны удирдлагын эсэргүүцлүүд бөгөөд цахилгаан хангамжийн MOSFET-ийн өсөх болон унах ирмэгийн үзүүлэлтэнд чухал нөлөө үзүүлдэг.
② R1 ба R2-ийн сонголт нь удирдлагатай BUCK цахилгаан хангамжийн хяналтын гүйдлийн гаралт (хяналтын төхөөрөмж (PULL ба PUSH эсэргүүцэл), хаалтын импеданс болон цахилгаан MOSFET-ийн цэнэгийн шинж чанар (оролтын багтаамж CISS))-ээс хамаарч, анхдагч дизайн дахь нийт эсэргүүцлийг ≤ 10 омын дотор сонгоно. Энэ нь мөн цэнэгийн шинж чанараас хамаарч, тохиромжтой эсэргүүцлийн утгыг сонгохын тулд нарийвчлан тохируулах шаардлагатай.
③ R1 ба R2 нь мөн шилжилтийн шуугианы EMC-д хамгийн их нөлөө үзүүлдэг түлхүүр параметрүүд болон шилжилтийн алдагдлыг нөлөөлдөг гол хэлхээний хүчин зүйлс юм.
Тэмдэглэл: 6 шалгалтын цэгийг шилжилтийн шинж чанар болон үхэлтийн хугацааг шалгахад ашигладаг.
Гаралтын цахилгааны гүйдлийн зам:
① Индукторын сонголт: Индукторыг сонгохдоо гол төлөв хоёр хүчин зүйлийг авч үздэг:
- Шилжилтийн ажиллагааны гүйдэл: Шилжилтийн үед 24A (хугацаа: 100 мк) гаргалт өгөх чадвартай；
- Тогтвортой ажиллагааны гүйдэл: 10A, 10A гүйдлээр тогтвортой ажиллах чадвартай (85℃ орчны температурын нөхцлийг хамрах)
-Шилжилтийн үеийн ажиллаж буй гүйдлийн үргэлжлэх хугацаа нь ≤ 100мк-сек бөгөөд энэ нь эхлүүлэх үед гарч ирдэг бөгөөд зөвхөн индукцлагчийн шаталтгүй байдал хангагдсан тохиолдолд л шаардлагыг хангана (гүйдлийн индукцлэгчийн утга хангасан байх).
② Дээж авах эсэргүүцлийн сонголт: Дээж авах эсэргүүцлийг R1206 пакетээр сонгох ба дулаан салгах чадал нь ≥ 0.5Вт байх ёстой;
③ Конденсаторын сонголт: Зөвлөмж: Бүлгийн эхний хэсэгт гарч буй гаралтын шүүлтүүрийн конденсаторын бүлэг;
Холбогдох хэлхээ:
LM25149 нь тогтмол гаралттай тохиргоо болон хариу урсацын тохиргоотой бөгөөд дэлгэрэнгүй мэдээлэл номцод заасан байдлаар харна уу;
① R14l нь VDDA-тай холбоотой, гаралт 3.3V
② R14=24.9K, гаралт 5.0V
③ R14=49.9K, гаралт 12.0V
Гаралтын хүчдэлийг цэвэр зэсэн дээрх R14, R9 ба R10-р тохируулна;
R19 ба ноёрхсон TP3, TP4: шалгах, фазын марж, дамжуулах давтамж гэх мэт зориулалтаар;
Тэмдэглэл: TP3 ба TP4-г фазын марж, дамжуулах давтамж гэх мэт зүйлсийг шалгахад ашиглана;
Функц тохируулах:
① EN: идэвхжүүлэх дохио, цахилгааныг ≥ 1.0В-д асаах, нарийвчлалтай доод хүчдэлээр хамгаалах боломжтой;
② Sync-PG: Тусгайлан холбох эсвэл Цахилгаан сайн, энэ загвар нь Цахилгаан сайн зориулж зохион байгуулсан;
③ PFM/SYNC
-Анхдагч (NC) жампер: Диод аналог, бага гүйдлийн гаралт, өндөр үр дүнтэй ажиллана;
-GND рүү богино холболтын жампер, хүчээр CCM горимд ажиллуулна;
④ Чипний ажиллах горимын тохиргоо: Нийт 5 ажиллах горим байдаг (техникийн зааврыг үзнэ үү).
2.4 BUCK цахилгаан хангамж-PCB загвар
2.4.1 BUCK цахилгаан хангамжийн PCB зураг
① -Дээд тал
② -Газар
③ -Сигнал
④ -Доод тал
2.4.2 BUCK цахилгаан хангамж - PCB загварчлалын түлхүүр технологи
Оролт ба гаралтын конденсаторын гүйдэлдэх зам:
① BUCK цахилгаан хангамжийн оролт, гаралтын конденсаторууд нь хамгийн бага гүйдэлдэх замыг хадгалж байх ёстой бөгөөд EMC дээр ихээхэн нөлөө үзүүлдэг;
② C4 нь витрины идэвхижүүлэх үеийн ирэх, гарах ирмэг дэх хурц шуугианыг голдуу шингээн авахад зориулагдсан.
MOSFET болон индукторын гүйдэлдэх зам:
① Хоёр нэгтгэсэн MOSFET-ийг ашигласнаар байршлын талбай болон зардлыг бууруулдаг. Гэхдээ сул тал нь Layout SW хамгийн бага гүйдэлдэх замыг хадгалж чаддаггүй;
② 2-н нэгтгэсэн MOSFET-ийн SW цэг нь PCB-ийн ижил давхаргад дамжуулан суурьлагдах боломжгүй бөгөөд тасралтгүй цахилгаан гүйдлийг хангахын тулд давхаргын байршлыг өөрчлөх шаардлагатай.
Гүйдлийн сэмпл:
① Дээж авах гүйдлийн хувьд ялгаатай мөрүүд шаардлагатай бөгөөд тулгуур GND хавтгас шаардлагатай;
② Импеданс болон ижил уртыг зохицуулах шаардлагагүй, мөрүүд нь тохируулгын хамгийн бага зайг хадгална.
FB Хүртээмж:
Эсэргүүцлийн элементүүд болон бусад төхөөрөмжүүд удирдах чипний борлуулалтын хонхруудад ойр байрлах ёстой.
Дулаан зэвсэгжүүлэх болон GND:
Халаах төхөөрөмжүүд: MOSFET, ороомог, дээж авах эсэргүүцлүүд хавтгайн хэсэгт дулаан дамжуулах чадварыг тохиромжтойгоор нэмэгдүүлэх боломжтой бөгөөд GND виануудыг нэмэх нь самбарын нийт дулаан салгах нөхцлийг сайжруулахад тусална.
3- Бүс нутгийн хяналтанд орших анхдагч BUCK цахилгаан хангамжийн загварчлал - дүгнэлт
3.1 3D зураг
3D Зураг-1
3D Зураг-2
3.2 Дизайны нэгтгэл
① Түлхэх цахилгаан хангамжийн загварчлал нь 4 давхаргатай загварчлалыг ашигладаг, PCB-ийн зузаан 1.6 мм, хэмжээ нь 30X65 мм;
② Гаралтын гүйдэл Qualcomm SA8295-ийн хамгийн их түр зуурын гүйдлийг 24A хүртэл хангаж чадах бөгөөд 10A-аас дээш тогтвортой гаралтын чадавхийг дэмждэг.
4- Тухай Codaca Цахилгаан электрон багаж хэрэгсэл
Codaca нь индукторын үйлдвэрлэл, зохиомж, хөгжүүлэлтэд тусгаарлагдсан судалгаа шинжилгээг чиглүүлдэг бөгөөд VSEB0660-1R0M нь Qualcomm платформуудын хөгжүүлэлт, хэрэглээнд тохиромжтой. Энэ нь өндөр үнэ цэнийн харьцаа, хүчтэй сорбцолтын гүйдлийн эсэргүүцэл, бага дулаан ялгаруулах зэрэг техникийн давуу талуудтай бөгөөд эрчим хүч/эзэлхүүний харьцаагаар салбарын урд түрүүнд ахлагч байна. Codaca технологийн судалгаа шинжилгээ, шинэлэг бүтээлд анхаарч индукторын салбарт шилдэг бүтээгдэхүүнүүдийг хөгжүүлж, электрон барааны хөгжил, хэрэглээнд тусалдаг.
5- Шалгалт ба Баталгаажуулалт
Дараагийн шалгалт, баталгаажуулалтанд доорхийг харна уу: 03- Qualcomm-ийн автомашины бүсийн хяналтын төхөөрөмжийн анхдагч цахилгаан хангамжийн загварыг тайлбарлах: Ажиллагааны шалгалтын хэмжилтийн шинжилгээ .
[Зэрэгцүүлэлт]
1.LM25149-Q1：ti.com.cn/product/cn/LM25149-Q1
2.BUK9K6R2-40E： https://www.nexperia.cn/product/BUK9K6R2-40E
EN