Avkodning av Qualcomm Automotive Domain Controller första stegs strömförsörjningsdesign: Prestandatestmätanalys

Den snabba utvecklingen av nyenergibilindustrin har drivit explosiv tillväxt över olika industriella kedjor. Fordonsintelligens och autonom körning har blivit de viktigaste konkurrensfördelarna för nyenergibilar, vilket skapar nya utmaningar och möjligheter för högintegrerade centrala hjärnor och domänkontrollenheter, särskilt vad gäller tillförlitlighet, hög effekttäthet, switchade elkraftsförsörjningar, EMC, hög verkningsgrad och låg kostnad för DC-DC-omvandlare.

Qualcomm, som leverantör av smarta cockpit-domänkontrollenheter, har en betydande position med SA8155 och SA8295. Konflikterna mellan transitoriell ström, stabil driftsström, väntelägesenergieffektivitet, kostnad och EMC-design i den centrala domänkontrollerns SOC första nivås nätaggregat (från batteriingång till första omvandlingsnätsaggregat) utgör en stor utmaning för BUCK-nätsaggregatsdesign. Hur man hanterar och balanserar dessa konflikter är den tekniska riktning som kräver gemensamma insatser från tillverkare av switchade nätsaggregatsarkitektur, effektkretsar, induktorer, MOSFET:ar och kondensatorer.

1- Innehållsöversikt

Denna artikel fokuserar på designen av första stegs kraftförsörjning för centrala domänkontrollenheter i fordon med stor dynamisk switchande ström (100–300 %), och utforskar design av DC-DC-switchade strömförsörjningar, inklusive lösningar för strömförsörjning, val av induktor och kondensator samt andra designmetoder, samtidigt som utmaningar rörande volym, kostnad, effektivitet och prestanda behandlas, samt praktisk implementering av design.

Detta kapitel använder Qualcomm SA8295-domänkontrollenheter som exempel för att undersöka och genomföra test och verifiering av första stegets BUCK-switchade strömförsörjning, för att demonstrera om testresultaten uppfyller den förväntade designen.

Denna artikelserie består av tre kapitel:

01 – Dekodning av Qualcomm Automotive Domänkontrollenhets första stegs kraftförsörjningsdesign: Strömförsörjningsdesign och beräkning

02 – Dekodning av Qualcomm Automotive Domänkontrollenhets första stegs kraftförsörjningsdesign: Kopplingsschema och PCB-design

03- Avkodning av Qualcomm Automotive Domain Controller första stegs strömförsörjningsdesign: Prestandatestmätanalys (Detta kapitel)

2- Verifieringsmål

SA8295:s krav på transient ström är följande:

Obs: NPU-aktivering kräver extra strömförbrukning. Denna design inkluderar inte NPU-designströmmen (3A+3A).

3- Testmiljö och villkor

3.1 Testvillkor

Omgingstemperatur: 25°C (faktiskt 24–27°C, beräknat som 25°C)

3.2 Testinstrument och testmetoder

3.3 Scheman och PCB

SKEMDIAGRAM

Pcb

4- Testvalidering

Verifiera prestandan för brus, spänningsnoggrannhet, stabilitet, temperaturstegring och verkningsgrad som visas av lastkapaciteten i stationärt tillstånd vid olika spänningar (9-16 V). På grund av begränsat utrymme väljs nyckel prestandaindikatorer för testvalidering.

① Brus: Brus vid olika ingångsspänningar och lastströmmar;

② Spänningsnoggrannhet: Utgångsspänningsnoggrannhet vid olika ingångsspänningar och lastströmmar;

③ Lastströmskapacitet: Testning av utgångsströms-spänningskurva och verkningsgradskurva;

④ Temperaturstegringsegenskaper: Verifiera om driftvillkoren uppfyller kraven.

4.1 Lågspänningslastkapacitet (9,0 V)

4.2 Normal spänningsbelastningskapacitet (13,5 V)

4.3 Högspänningsbelastningskapacitet (16,0 V)

4.4 Kontinuerlig strömtest

5. Testsammanfattning

5.1 Testresultat

Flera anmärkningsvärda punkter:

①Kärndesignmålet är att uppfylla kraven på transient ström och stabil driftström. Om designen helt baserades på maxvärdena skulle kostnader och volym öka (minskad PCB-designtäthet), men i praktiken föreligger inte något sådant tillstånd där den fungerar stabilt vid 18 A;

②Vågighet uppfylls lätt med keramiska kondensatorer, alla under 50 mV;

③Ströminduktorn har utmärkt DCR och mjuka mättningsegenskaper för ström, faktiskt utsignal på 21 A;

④Denna design kan driftas ovan 20 ampere under korta perioder och bibehåller god nivå vad gäller verkningsgrad och temperaturstegring vid 8–12 A.

6- Nyckelmaterial Bom

7- Val av induktor

Som en viktig komponent i den första kraftförsörjningen i domänkontrollenheter för fordon är prestandan hos induktorer avgörande för tillförlitlighet och omvandlingseffektivitet hos DC-DC-switchkraftförsörjningar. I denna designlösning används CODACAs bilklassade formgjutna effektinduktor VSEB0660-1R0M. Denna serie induktorer kännetecknas av låga förluster, hög effektivitet, brett tillämpningsfrekvensområde, stark motståndskraft mot mättnadström, låg värmeproduktion och ett högt kostnadsnyttoförhållande. Den slanka designen erbjuder branschledande effekttäthet, vilket gör den mycket lämplig för utveckling och användning av Qualcomm-plattformar.