Yangi energiya transport vositalari sanoatining tez rivojlanishi har bir sanoat zanjirining portlash tarzida o'sishiga sabab bo'ldi. Avtomobillarning intellektualizatsiyasi, avtonom haydash yangi energiya transport vositalarining eng muhim asosiy raqobat qobiliyatiga aylandi. Shu bilan birga, yuqori darajada integratsiyalangan markaziy miya va domen kontrollerlariga yangi chaqiovlarni va imkoniyatlarni keltirib chiqardi. Xususan, DC-DC kalitli quvvat manbalarining ishonchliligi, yuqori quvvat zichligi, kalitli quvvat EMC, samaradorlik, narxga nisbatan samarali ekanligi yangi imkoniyatlar va chaqiovlarni keltirib chiqardi.
Aqlli kokpit soxasini boshqaruvchi sifatida yetkazib beruvchi Qualcomm, ya'ni SA8155 va SA8295 muhim o'rin tutadi. Markaziy domen boshqaruv SOC uchun 1-darajali quvvat manbai (batareya kirish darajasidan o'tkazilgan quvvat) o'tish tokining barqaror ishchi toki, kutish rejimida foydalanish samaradorligi, narx, shuningdek, kalitlanuvchi quvvat manbaini EMC dizayn qilish o'rtasidagi ziddiyat BUCK quvvat manbaini loyihalashda katta qiyinchiliklarga sabab bo'lmoqda. Mazkur ziddiyatlarni qanday hal etish hamda muvozanatni saqlash — bu kalitli quvvat arxitekturasi, quvvat mikrosxemalari, induktorlar, Mosfet, kondensatorlar ishlab chiqaruvchilari tomonidan birgalikda yuritilayotgan texnik yo'nalishdir.
Ushbu maqolada katta dinamik o'zgaruvchan elektr ta'minoti (100-300%) avtomobil markaziy domen nazorat darajasi 1 elektr ta'minoti loyihalash uchun, DC-DC o'zgaruvchan elektr ta'minotini loyihalashni, jumladan elektr ta'minoti sxemasi, drossel, kondensator tanlash va boshqa loyihalash usullarini hajm, narx, foydali ishlanish, samaradorlik, ishlash qiyinchiliklarini inobatga olgan holda o'rganish va amaliyotda joriy etish loyihasini ko'rib chiqamiz.
Qualcomm SA8295 domen kontrolleridan misol sifatida foydalanib, ushbu bob BUCK o'zgaruvchan elektr ta'minoti asosiy loyihasi bo'yicha muhokama qiladi hamda amaliyotda joriy etish loyihasini amalga oshiradi.
BU bob Qualcomm seriyasining birinchi qismi (BUCK o'zgaruvchan elektr ta'minoti nazariyasini va hisob-kitoblarini batafsil tushuntirish) chuqur tushunishni talab qiladi va LM25149 asosida BUKK elektr ta'minoti loyihasini ishlab chiqishda davom etadi.
Ushbu maqolalar seriyasiga uchta qism kiradi (keyingi yangilanishlar bilan):
01-Dec - Qualcomm avtomobil domeni kontrolleri darajasi 1 elektr ta'minoti loyihalashni tahlil qilish: Elektr ta'minoti loyihalashi va hisoblash (Nashr etilgan)
02-Qualcomm avtomobil soha kontrolleri darajasi 1 quvvat taminoti loyihasini oshkor etish: Elektr sxemasi loyihasi va PCB dizayni (bu bob )
03-Qualcomm avtomobil soha kontrolleri darajasi 1 quvvat taminoti loyihasini oshkor etish: Performance Test Measurement Analysis (tez orada chiqadi)
1- Loyiha maqsadlari va qiyinchiliklar
1.1 SA8295 o'tish tok talablari
Jadval 1: SA8295 quvvat manbai loyihasi talablari
Eslatma: Eng so'nggi SA8295 loyihasi 21A (1 NPU) va 24A (2 NPU) ni talab qiladi, bu loyihaning qamrovi (30A dan ortiq tok himoyasi)
1.2 Loyiha maqsadlari
Bu loyiha foydalanadi LM25149 domen kontrolleri uchun asosiy quvvat manbaini loyihalash uchun , o'tishdagi tokni 24A (100µs) gacha qo'llab-quvvatlash imkoniyatiga ega bo'lib, uzluksiz ishlash talablarini 10A dan ortiqroq saqlaydi, hajm, narx va ishlash o'rtasida muvozanatni saqlaydi.
Eslatma: O'tishdagi tok issiqlik muammosiga sabab bo'lmaydi (Qualcomm SA8295 uchun o'tishdagi tok faqat 100µs davom etadi). Biroq, katta uzluksiz tok temperaturaning ko'tarilishiga olib kelishi mumkin, shu sababli issiqlik tushirish ta'siri baholanishi kerak (yechim muhitning haqiqiy sharoitlariga qarab tanlanishi kerak).
2- Elektr sxemasi va PCB loyihasi
2.1 Asosiy komponentlarni tanlash
Domen kontroller darajasidagi kalitlovchi quvvat manbalarining tanlash me'yori: ishlash ustuvorligi, narxni hisobga olgan holda, shuningdek, PCB maydonini kamaytirish; BUCK kalitlovchi quvvat manbasining EMC muammolari va tok kontur muammolarini hisobga oling, umumiy BUCK kalitlovchi quvvat manbasi loyihalash nazariyasi va qoidalari bilan mos keladi, umumiy loyihalash metodologiyasidan foydalanishingiz mumkin.
Elektron komponentlarni tanlash va hisoblash bo'yicha tafsilotlar uchun 1-bobni ko'ring (Qualcomm avtomotiv domen kontrolleri darajasi 1 quvvat manbai loyihasini tushuntirish: quvvat manbaini loyihalash va hisoblash)
Bu loyihada 2-tanlov tanlangan (C1210 to'plamda sakkizta 47mF keramik kondensatorlardan foydalanish). Loyiha faqat shu tanlov bilan chegaralanmagan, mahsulot loyihasi modelning faktik vaziyatiga qarab sozlanishi mumkin va faktik sinov natijalariga asoslanib loyihani takomillashtirish mumkin.
Jadval 2: BUCK quvvat manbai - sxema loyihasi
2.1.1 BUCK quvvat manbai - MOSFET tanlovi
Jadval 3: BUCK quvvat manbai - MOSFET tanlovi
2.1.2 BUCK quvvat manbai - induktivlik tanlovi
Induktiv element tanlovi model raqami orqali: VSEB0660-1R0MV
Jadval 4: Induktivlik tanlovi
2.1.3 BUCK quvvat manbai - chiqish filtri kondensatori tanlovi
Jadval 5: BUCK quvvat manbai - chiqish filtri kondensatori tanlovi
2.1.4 BUCK quvvat manbai - kirish filtri kondensatori tanlovi
Jadval 6: BUCK quvvat manbai - kirish filtri kondensatori tanlovi
2.2 Elektr sxemasi va PCB dizayni vositalari loyihalash
2.2.1 Elektr sxemasi va PCB dizayni: Caritron EDA ( https://lceda.cn/)
Rasm 1: Caritron EDA ga kirish
Jialitron EDA - yetakchi bepul EDA rivojlanish vositasi bo'lib, kuchli va samarali ishlab chiqarishdir. Ushbu dizayn sxemani va PCB ni loyihalash uchun Jialitron EDA dan foydalanadi.
2.3 BUCK quvvat manbai - elektr sxemasi loyihasi
2.3.1 BUCK quvvat manbai - elektr sxemasi loyihasi
Elektr sxemasi loyihasi LM25149-Q1 ma'lumotlar varaqlariga hamda rasmiy ishlab chiqilgan taxtaga murojaat qiladi va loyixa BUCK kalit quvvat manbaini asosiy nazariyasiga hamda yuqori o'tkazuvchanlik sohasi nazoratchisi birinchi darajali quvvat manbaini loyihalash talablariga mos keladi.
Rasm 2 LM25149 Elektr sxemasi
2.3.2 BUCK quvvat manbai - Texnologiya sxematik loyihalashga qaratilgan
Kirish porti EMC zanjiri:
Texnik nuqtalar:
① L1 asosan kalitli quvvat manbaidan kelib chiqadigan o'tkazish nurlanishiga kirish manbaisiga ta'sirini kamaytirish uchun xizmat qiladi, kalitli quvvat manbaini 2,2 MHz chastota bilan ishga tushiradi, L1 va C23 LC filtrlar zanjirini tashkil qiladi (C16 500 KHz past chastotali elektrolit kondensator), 2,2 MHz da 60 dB pasaytiradi.
② C21 kalitlash shovqinini (quvvat tranzistorining yuqoriga va pastga tebranishlari) kamaytiradi hamda ayniqsa 10-100 MHz diapazondagi EMC shovqinni kamaytiradi.
③ C21, C23 agar quvvat manbai (muhofaza qilinishidan oldin) bo'lsa, mos ravishda elastik terminalli kondensator turini tanlash kerak, agar himoyalangan bo'lsa, avtomobil spetsifikatsiyasidagi kondensatorlarni tanlash mumkin. Shuningdek, ikkita kondensatorni ketma-ket ortogonal joylashtirish orqali xuddi shunday himoya mexanizmini amalga oshirish mumkin.
Quvvat MOSFETlar va LM25149 kirish sig'imi uchun shovqin sig'imi bir xil talablarga ega, bu dizayn effektivlikni tasdiqlash uchun ishlatilmaydi, bitta keramikdan foydalanish, mahsulot darajasidagi dizayn avtomobil sifatidagi dizayn talablariga muvofiq bo'lishi kerak.
Eslatma: LM25419 faol EMCni yo'q qilish va ikkala tasodifiy tarqoq spektr texnologiyasi faqat EMC amplitudasini ma'lum darajada kamaytiradi, lekin EMCni to'liq yo'q qila olmaydi, 2,2 MHz o'tkazish chastotasi bilan bog'liq energiya, yuqori tok (≥ 10A) dan yuqori bo'lgan dasturlar standartni oshib ketish xavfini anglatadi, asl sozlamalarga asoslanib, agar C23 olib tashlansa ham radiatsiya o'tkazish orqali o'tib ketish mumkin bo'lsa, C23dan foydalanishni tejash mumkin, Shunday qilib narxni kamaytiring.
BUCK quvvat kirish kondensatorlari:
① BUCK quvvat kirish sig'imi uchun C2,C3, kalit quvvat tizimining EMC ishlashi muhim ahamiyatga ega, 10mF sig'imga ega bo'lgan 2Mgts yaqinida impedansi ≤ 5mΩ tanlash kerak, CGA4J1X8L1A106K125AC va CGA6P1X7S1A476M250AC larning texnik xususiyatlari yaxshi tavsiya etiladi, sig'im tanlash X7R, 35V/50V Voldli paketni tanlash mumkin. C1210 va C1206 hajmli variantlar hamda C1210 hajmli dizaynni tanlash tavsiya etiladi, bu sizga samaraliroq natijalarni tekshirish imkonini beradi.
② Yuqori chastotali kalitlanish EMC kondensatorlari uchun C4, 50V X7R, C0402 hajmli variant mos keladi.
C2, C3, C4, Layotda tok konturiga e'tibor qaratish kerak (Layot tafsilotlariga qarang), BUCK quvvat kirish sig'imi talablari va dizayn nazariyasiga mos keladi, BUCK kalit quvvat manbasi nazariyasini o'rganish orqali kirish sig'imi haqidagi tushunchani kengaytirishingiz mumkin.
③ TP7,TP9,TP13 TG, BG va SW signallarni o'tkazish uchun ishlatiladi, o'tkazish vaqti asoslanishini, tebranish xususiyatlarini hamda MOSFET ko'tarilish chetiga va tushish chetiga tekshirish uchun ishlatiladi, bu esa ahamiyatli o'tkazish quvvati elektr ta'minoti sinov ko'rsatkichlaridir.
GNDning TP sinov nuqtasi osiloskop sinovi GND halqasini kamaytirish va sinov aniqligini oshirish uchun ishlatiladi, shuningdek LAYOUT kerakli sinov signallari sinov nuqtasiga imkon qadar yaqinroq joylashtirilishi kerak.
MOSFET darvoza boshqaruv qarshiligi:
① R1 va R2 MOSFET darvoza boshqaruv qarshiliklaridir, ular kuch MOSFETining ko'tarilish va tushish chetlariga muhim ta'sir qiladi.
② R1, R2 tanlovini BUCK kuchlanish nazoratchisi chiqish toki (kontroller (PULL va PUSH qarshiliklar), kuchli MOSFET teshik qarshiligi va zaryad xususiyatlari (kirish sig'imi CISS) ning ta'siri ostida kompleks sabablarga bog'liq bo'ladi. Umumiy qarshilik yig'indisining dastlabki loyihalash tanlovi ≤ 10 om, lekin ham shu bilan birga zaryad xususiyatlariga ham bog'liq bo'lib, oxir-oqibat aniqlashtirish kerak bo'ladi, mos qarshilik qiymatini tanlash kerak.
③ R1 va R2 shuningdek o'tkazgichlarni o'chirish jarayonidagi EHM guruhining eng muhim parametrlari hisoblanadi, shuningdek asosiy elektr zanjirining o'chirish yo'qotishiga ta'sir qiluvchi omillar hamdir. Amaliyotda samaradorlikni (MOSFET isishi) va EHM ni muvozanatlash kerak bo'ladi va muvozanat nuqtasiga erishish kerak.
Eslatma: o'tkazgich xarakteristikasi va o'lik vaqtini sinovdan o'tkazish uchun 6 ta sinov nuqtasi mavjud.
Chiqish quvvati konturi:
① Induktivlik tanlovi: Induktivlik tanlovi asosan ikkita asosiy jihatga asoslanadi:
-O'tish rejimida bo'lgan tok: o'tish rejimida 21 (24) A (vaqt: 100 mks) chiqarish imkoniyatiga ega bo'lishi kerak；
-Doimiy holatdagi ish tok kuchi: 10A, 10A tok kuchida barqaror ishlash imkonini beradi (85° atrof muhit harorat sharoitini o'z ichiga oladi);
-O'tish jarayonidagi ish tok uzunligi ≤ 100 mikrosekund, qurilma ishga tushirilganda sodir bo'ladi, faqat induktiv elementning to'yinish sharoitini ta'minlash kerak (tok induktiv qiymatini qondirish uchun).
② Namuna olish qarshilik tanlovi: namuna olish uchun R1206 tipidagi qarshilik tanlanadi, issiqlik tarqatish quvvati ≥ 0.5Vt;
③ Kondensatorlar tanlovi: manba sifatida: chiqish filtri kondensatori bobining birinchi qismi;
Fidbek (teskari aloqa) tizimi:
LM25149 da doimiy chiqish konfiguratsiyasi hamda feedback orqali sozlanadigan chiqish konfiguratsiyasi mavjud, batafsil ma'lumot uchun ma'lumotnoma sahifasiga murojaat qiling;
① VDDA ga ulangan R14l, 3,3V chiqish beradi
② R14=24,9K, 5,0V chiqish beradi
③ R14=49,9K, 12,0V chiqish beradi
Bo'sh joyga R14, R9 va R10 ni sozlab chiqish kuchlanishini belgilash mumkin;
R19 va rezerv TP3, TP4: sinov uchun, fazalar chegarasi, kesish chastotasi va h.k.
Eslatma: TP3 va TP4 sinov uchun, fazalar chegarasi, kesish chastotasi va h.k. uchun ishlatiladi.
Funksiya sozlash:
① EN: Yoqish signali, ≥1,0V quvvat manbasini yoqadi, aniqlik past kuchlanish himoyasida qo'llanilishi mumkin;
② Sync-PG: Sinxron chiqish yoki Power good, bu dizayn Power good uchun qo'llaniladi;
③ PFM/SYNC
-Standart (NC) jumper: Diod analogi, kichik tok chiqish, yuqori foydali ish unumdorlikda ishlashi mumkin;
-GND bilan zanjirni qisqartirish jumperi, CCM rejimiga majburlash;
④ Chip ishlash rejimi sozlamalari: jami beshta ishlash rejimi mavjud (spetsifikatsiyaga qarang)
2.4 BUCK quvvat manbai - PCB dizayni
2.4.1 BUCK quvvat manbai-PCB dizayni
① -TOP
② -GND
③ -Signal
④ -Bottom
2.4.2 BUCK quvvat manbai-PCB dizaynining texnologiyaga e'tibor qaratishi
Kirish va chiqish sig'imi halqalari:
① BUCK quvvat manbaini kirish sig'imiga hamda chiqish sig'imini minimal halqa saqlab turish EMIga muhim ta'sir qiladi;
② C4 asosan kalitlanish o'tish chegarasi tebranish shovqinini yutish uchun xizmat qiladi.
MOSFETlar va induktiv halqalar:
① MOSFETlarning ikkita birlashgan turlaridan foydalanish joylashuv maydonini kamaytiradi va narxni pasaytiradi, lekin kamchiligi shundaki, Dizayn dasturi minimal halqani saqlab turmaydi;
② Birlashtirilgan MOSFETning SW nuqtasi PCB mosligini bir xil qavatda amalga oshira olmaydi va kuchlanish oqimining uzluksizligini ta'minlash uchun qavatni o'zgartirish kerak bo'ladi;
Oqimni olish:
① Oqimni olish uchun referent GND plitasi bilan differentsial moslik talab qilinadi;
② Impedans nazorati va teng uzunlik kerak emas, va moslik minimum oraliqni saqlab turadi;
FB Fidbek:
Rezistorlar boshqa qurilmalar hamda nazoratchi chiplarga yaqinroq joylashtiriladi;
Issiqlikni tarqatish va GND:
Issiqlik chiqaruvchi qurilmalar: MOSFETlar, induktivliklar va oqimni olish rezistorlari, issiqlik o'tkazish uchun plita maydonini kengaytirish mumkin, GND teshiklar sonini ko'paytirish butun dizaynning sovutish sharoitini yaxshilashga yordam beradi;
3- Soha Boshqaruvli 1-darajali BUCK quvvat manbai loyihasi - Xulosa
3.1 3D chizma
3D Rasm-1
3D Rasm-2
3.2 Dizayn xulosa
① O‘tqazish elektr ta'minoti dizayni 1,6 mm qalinlikdagi PCB va 30X65mm o'lchamda bo'lgan 4 qavatli dizayndan foydalanadi;
② Chiqish tokini Qualcomm SA8295 maksimal 24A o'tish jarayonida qondirish mumkin, barqaror holatda 10A yoki undan ortiqroq chiqish imkonini beradi.
4- Haqida Codaca Elektronika
Codaca vSEB0660-1R0M induktor mustaqil NTD, dizayn va ishlab chiqarishga e'tibor qaratadi, Qualcomm platformasi rivojlanishiga mos keladi va qo'llaniladi. Uning texnik afzalliklari yuqori narx/bajarish nisbati, yuqori to'yinganlik tokiga qarshilik ko'rsatish, kam issiqlik ajratish va sanoedagi yetakchi kuchlanish/kattalik nisbatini o'z ichiga oladi. Codaca induktor sanoati uchun yuqori sifatli mahsulotlarning ilmiy-texnika sohasidagi tadqiqotlar va ishlab chiqarish innovatsiyalarini rivojlantirishga e'tibor qaratadi, elektron mahsulotlarning rivojlanishi va qo'llanilishiga yordam beradi.
5- Sinov va tasdiqlash
Keyingi sinovni tekshirish uchun quyidagiga murojaat qiling: 03-Qualcommning avtomobillar sohasi kontrolleri darajasi 1 elektr ta'minoti dizaynini o'qish: performance test o'lchash tahlili (chop etiladi)
[Manba]
1.LM25149-Q1：ti.com.cn/product/cn/LM25149-Q1
2.BUK9K6R2-40E： https://www.nexperia.cn/product/BUK9K6R2-40E
EN