EN
Tezkor havolalar
Yangi energiya transport vositalari sanoatining tez rivojlanishi turli sanoat zanjirlarining kuchli o'sishiga olib keldi va avtomobillarning intellektualizatsiyasi hamda avtonom haydash yangi energiya transport vositalarining eng muhim asosiy raqobatbardoshlik yo'nalishiga aylandi. Bu yuqori darajada integratsiyalangan markaziy protsessor va domen kontrolleri uchun, ayniqsa, DC-DC kalitlanuvchi quvvat manbalarining ishonchliligi, yuqori quvvat zichligi, EMC, yuqori samaradorligi hamda xarajatlarga nisbatan samaradorligi jihatlarida yangi qiyinchiliklar va imkoniyatlarni keltirib chiqardi.
Aqlli kabina domen kontrolleri yetkazib beruvchisi sifatida SA8155 va SA8295 muhim o'rin egallaydi, markaziy domen boshqaruv SOC birinchi darajali quvvat manbai (batareya kirish darajasidan aylantirilgan quvvat manbai) uchun o'tkazma tok, barqaror ishchi tok, kutish rejimi samaradorligi, narx hamda kalitlanuvchi quvvat manbai EMC dizayni o'rtasidagi ziddiyat BUCK quvvat manbai dizayni uchun katta qiyinchilik tug'diradi. Ushbu ziddiyatlarni qanday hal etish va ularni muvozanatlash — bu kalitlanuvchi quvvat manbai arxitekturasi, quvvat mikrosxemalari, induktorlar, MOSFETlar va kondensator ishlab chiquvchilarning birgalikdagi texnik yo'nalishi.
Ushbu maqolada katta dinamik kalitlanuvchi quvvat manbailari (100-300%) uchun markaziy domen boshqaruvning birinchi darajali quvvat manbaini loyihalash bo'yicha DC-DC kalitlanuvchi quvvat manbaini loyihalash, jumladan quvvat sxemasi, induktor, kondensator tanlovi kabi boshqa dizayn usullari, shu jumladan o'lcham, narx, samaradorlik hamda ishlash qiyinchiliklari hisobga olinadi.
Ushbu bob Qualcomm SA8295 domen kontrollerini misol qilib olib, birinchi darajali BUCK kalitlanadigan quvvat manbai dizaynini muhokama qilish va amalga oshirishni ko'rib chiqadi.
Ushbu bobni o'qish uchun birinchi qator (batafsil BUCK kalitlanadigan quvvat manbai nazariyasi va hisoblashi) bilan birga LM25149 asosida BUCK quvvat manbaini batafsil loyihalash kerak.
Ushbu maqolalar seriyasi uchta qismdan iborat (davom etayotgan yangilanishlar bilan):
02-Qualcomm avtomobil domen kontrollerining birinchi bosqichli quvvat ta'minoti dizaynini ochish: Elektr sxemasi dizayni va PCB dizayni (ushbu bob)
1- Loyiha maqsadlari va qiyinchiliklar
1.1 SA8295 o'tish tok talablari
Jadval 1: SA8295 quvvat manbai loyihasi talablari
Eslatma: Eng so'nggi SA8295 dizayn talablari 21A (1 NPU) va 24A (2 NPU) ni tashkil etadi, bu dizayn (30A ortiqcha tokdan himoya) ni qamrab olishi mumkin
1.2 Loyiha maqsadlari
Ushbu dizaynda LM25149 orqali domen kontrolleri uchun birinchi darajali quvvat manbaini loyihalash , bu 24A (100ms) o'tish holati toki talablarini qondirish hamda 10A dan ortiq doimiy ishlash sharoitlarini ta'minlash imkonini beradi, natijada hajm, narx va ishlash samaradorligi jihatidan umumiy muvozanatga erishiladi.
Eslatma: O'tishdagi tok issiqlik chiqish muammosiga olib kelmaydi (faqat Qualcomm SA8295 uchun 100mS o'tishdagi tok), barqaror katta tok haroratning oshishiga olib keladi, harorat oshishining ta'siri o'lchanishi kerak (dizayn sxemasi haqiqiy atrof-muhit sharoitiga qarab tanlanadi).
2- Elektr sxemasi va PCB loyihasi
2.1 Asosiy komponentlarni tanlash
Hudud boshqaruvchisi asosiy kalitlash manbalarini tanlash me'yorlari: birinchi navbatda ishlash, xarajatlarni hisobga olish va PCB maydonini kamaytirish; BUCK kalit manbasining EMC muammosi va tok konturi muammosini hisobga olish kerak, bu umumiy BUCK kalit manbasi dizayn nazariyasi va qoidalariga mos keladi hamda umumiy dizayn usuliga murojaat qilish mumkin.
Elektron komponentlarni tanlash va hisoblash bo'yicha batafsil ma'lumot uchun I bobga murojaat qiling ( Qualcomm Automotive Domain Controller birinchi bosqichli quvvat manbai dizaynini o'rganish: Quvvat manbai dizayni va hisoblash )
Ushbu dizayn uchun 2 - variant (sakkizta 47uF C1210 o'ramli keramik kondensatorlardan foydalanish). Dizayn faqat shu tanlov bilan cheklanmagan, mahsulot dizayni haqiqiy vaziyatga qarab sozlanishi mumkin va dizaynni optimallashtirish haqiqiy sinov natijalari asosida amalga oshirilishi 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
Induktor tanlovi model: VSEB0660-1R0MV
Jadval 4: Induktivlik tanlovi
2.1.3 BUCK quvvat manbai uchun chiqish filtri kondensatori tanlovi
Jadval 5: BUCK quvvat manbai uchun chiqish filtri kondensatori tanlovi
2.1.4 BUCK quvvat manbai - kirish filtri kondensatorlari 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: JLC Technology EDA ( https://lceda.cn/)
Rasm 1: Caritron EDA ga kirish
JLC Technology EDA Xitoyda yetakchi bo'lgan bepul EDA ishlab chiquvchi vositasidir, kuchli funksiyalarga ega va ishlab chiquvish samaradorligi yuqori. Ushbu dizaynda JLC Technology EDA yordamida elektr sxemasi hamda PCB loyihasi ishlab chiqilgan.
2.3 BUCK quvvat manbai - elektr sxemasi loyihasi
2.3.1 BUCK quvvat manbai - elektr sxemasi loyihasi
Asosiy dizayn LM25149-Q1 spetsifikatsiyasiga va rasmiy ishlab chiquvchi plataga asoslanadi va ushbu dizayn BUCK kalitlanuvchi quvvat manbai asosiy nazariyasiga hamda yuqori tezlikdagi soha kontrollerlarining birinchi darajali quvvat manbailari uchun loyihalash talablariga javob beradi.
2-rasm LM25149 sxematik diagrammasi
2.3.2 BUCK quvvat manbai – sxematik dizayndagi asosiy texnologiya
Kirish EMC tarmog'i：
Texnik jihatlar:
① L1 ning asosiy funksiyasi kalitlanuvchi quvvat manbaidan kirish elektr ta'minotiga o'tkaziladigan radiatsiya shovqinining ta'sirini kamaytirishdir. Kalitlanuvchi quvvat manbaini ishlash chastotasi 2,2 MHz bo'lib, L1 va C23 LC filtri tarmog'ini tashkil qiladi (C16 elektrolit kondensator bo'lib, asosan 500 kHz dan past chastotalar uchun), bu esa 2,2 MHz da 60 dB ga kamayishga olib keladi.
② C21 kalitlanish shovqinini (quvvat tranzistorining o'sish va pasayish chegarasidagi tebranishlarni) kamaytiradi, ayniqsa 10-100 MHz oralig'idagi EMC shovqinini kamaytirishga xizmat qiladi.
③ Agar C21 va C23 birinchi darajadagi quvvat manbalarida (himoyadan oldin) ishlatilsa, mos keladigan terminal kondensator modelini tanlashingiz kerak, agar himoyalangan bo'lsa, avtomobil darajasidagi kondensatorni tanlashingiz mumkin. Xuddi shu kabi himoya mexanizmini ketma-ket ulanish sxemasida ikkita kondensator yordamida ham amalga oshirish mumkin.
Quvvatli MOSFETlar va LM25149 kirish kondensatorlari uchun dekodlash kondensatorlariga nisbatan xuddi shu talablarga rioya qilish kerak, ushbu dizayn ishlash tekshiruvi uchun ishlatilmaydi, bitta keramikdan foydalaniladi va mahsulot darajasidagi dizayn avtomobil darajasidagi dizayn talablariga muvofiq keladi.
Eslatma: LM25419 faol EMC bekor qilish va ikkita tasodifiy tarqalish spektri texnologiyasi faqatgina EMC amplitudasini ma'lum darajada kamaytiradi, lekin EMCni butunlay yo'q qilish mumkin emas. 2,2 MHz chastotaga oid energiya, yuqori tok (≥10A) da bog'liq sohalarda hali ham standartdan oshib ketish xavfi mavjud. Aslida sozlash jarayoniga qarab bajariladi. Agar C23 ni olib tashlasa ham o'tkaziladigan nurlanishdan o'tsa, C23 qo'llanilmasa ham bo'ladi va xarajatlarni kamaytirish mumkin.
BUCK quvvat kirish kondensatorlari:
① C2, C3 BUCK quvvat kiritish kondensatorlaridir, ulardan o'tkazuvchanlik manbalarining EMC ishlashiga muhim ta'sir qiladi. 10 mkF kondensatorlari 2 MHz yaqinidagi qarshilik ≤5 mΩ bo'lganlarni tanlash kerak. CGA4J1X8L1A106K125AC va CGA6P1X7S1A476M250AC yaxshi texnik ko'rsatkichlarga ega, ularning namunasini tanlashda X7R, 35V/50V kuchlanishga chidamli, C1210 va C1206 korpusli modellar mavjud. Ushbu loyihada C1210 korpusi tanlangan bo'lib, turli xil modellar uchun keng tekshirish imkonini beradi.
② C4 yuqori chastotali kalitlanadigan EMC kondensatoridir, 50V X7R, C0402 to'plamini tanlang.
C2, C3, C4 uchun tarang (Layout) tok konturiga e'tibor qaratishingiz kerak (Layout tafsilotlariga murojaat qiling), asosiy BUCK quvvat manbai kirish kondensatori talablari va dizayn nazariyasiga javob beradi, tushunishni chuqurlashtirish uchun BUCK kalitlanuvchi quvvat manbai nazariyasini o'rganishingiz mumkin kirish kondensatori.
③ TP7, TP9, TP13 kalitning TG, BG va SW signallarini sinovdan o'tkazish, o'lik zona vaqtining maqsadga muvofiqligi, tebranish xususiyati hamda MOSFET ning o'sish va pasayish chetlarining ishlashini tekshirish uchun ishlatiladi, bu kalitlanuvchi quvvat manbaining muhim elektr ishlash ko'rsatkichidir.
GND ning TP sinov nuqtasi osiloskop sinovi GND konturini kamaytirish va sinov aniqlik darajasini oshirish uchun ishlatiladi, shuningdek LAYOUT sinov nuqtasini tegishli sinov signallariga iloji boricha yaqinroq joylashtirishni hisobga olishi kerak.
MOSFET darvoza boshqaruv qarshiligi:
① R1 va R2 MOSFET ning boshqaruv qismini boshqaruv qarshiliklari bo'lib, quvvat MOSFET ining o'sish va pasayish chetlariga katta ta'sir qiladi.
② R1 va R2 tanlovi boshqariladigan BUCK quvvat kontrolleri chiqish toki (kontroller (PULL va PUSH qarshiligi), quvvat MOSFET (kirish sig'imi CISS) ning darvoza impedansi va zaryad xususiyatlari) va butun rezistordagi umumiy qarshilikning ≤ 10 om bo'lishi bilan bog'liq sabablarga ko'ra dastlabki dizaynda tanlanadi, bu ham xususiyatlarni zaryadlashga bog'liq bo'lib, mos qiymatdagi qarshilikni tanlash uchun sozlanishi kerak.
③ R1 va R2 shuningdek, kalitlanish shovqini EMC ga eng ko'p ta'sir qiluvchi asosiy parametrlar hamda kalitlanish yo'qotishiga ta'sir qiluvchi asosiy aylanma omillar hisoblanadi.
Eslatma: 6 ta sinov nuqtasi kalit xarakteristikalarini va o'lik vaqtni sinash uchun ishlatiladi.
Chiqish quvvati konturi:
① Induktor tanlovi: Induktor tanlovida asosan ikkita omilga e'tibor beriladi:
- O'tish holatidagi ish tokida: o'tish holatida 24A (vaqt: 100mikrosaniya) chiqarish imkoniyati;
- Barqaror ish tokida: 10A, 10A tokda barqaror ishlashi mumkin (85℃ atrof-muhit harorati sharoitini qamrab oladi);
o'tish rejimidagi oqimning davomiyligi ≤ 100mikrosoniya, bu ishga tushirish bosqichida sodir bo'ladi va faqat inductivlik to'ymaganligini ta'minlovchi shart talablarni qondirishi mumkin (tokning induktiv qiymatiga ega bo'lish).
② Namuna olinadigan rezistorni tanlash: Namuna olinadigan rezistor R1206 paketda tanlanadi va issiqlik chiqarish quvvati ≥ 0.5Vt;
③ Kondensatorlarni tanlash: Manba: Bobning birinchi qismidagi chiqish filtri kondensatori bobiga qarang;
Fidbek (teskari aloqa) tizimi:
LM25149 doimiy chiqish konfiguratsiyasiga va uzatish chiqish konfiguratsiyasiga ega, batafsil ma'lumotlarni spetsifikatsiya kitobchasida ko'ring;
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
Chiqish kuchlanishi bo'sh nishonda R14, R9 va R10 bilan sozlanadi;
R19 va zaxira TP3, TP4: sinov uchun, fazaviy marja, kesishish chastotasi va boshqalar uchun;
Eslatma: TP3 va TP4 fazaviy marjani, kesishish chastotasini va boshqalarni sinovdan o'tkazish uchun ishlatiladi;
Funktsiya sozlamalari:
① EN: yoqish signali, quvvatni ≥ 1,0V dan yuqoriroq yoqish, aniqlik past kuchlanish bilan himoya qilinishi mumkin;
② Sync-PG: Sinxron chiqish yoki Yaxshi quvvat, ushbu dizayn Yaxshi quvvat uchun mo'ljallangan;
③ PFM/SYNC
-Odatiy (NC) jumper: Diod analog, kichik tok chiqishi, yuqori samaradorlikda ishlashi mumkin;
-GND ga qisqa tutashuvli jumper, majburan CCM rejimida;
④ Chip ishlash rejimi sozlamasi: jami 5 ta ishlash rejimi mavjud (ko'rsatmalar kitobchisiga 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 asosiy texnologiyasi
Kirish va chiqish kondensatorlari konturlari:
① BUCK quvvat manbaidagi kirish va chiqish kondensatorlari minimal kontur saqlab turadi, bu EMC uchun muhim ahamiyatga ega;
② C4 asosan kalitning o'sish va pasayish chetlaridagi tizma shovqinini yutish uchun ishlatiladi.
MOSFETlar va induktor konturlari:
① Ikki-in-bir MOSFETlardan foydalanish joylashuv maydonini va xarajatlarni kamaytiradi, kamchiligi esa Layout SW minimal kontur saqlay olmaydi;
② 2-in-1 MOSFETning SW nuqtasi bir xil qavatda PCB trassirovkasini amalga oshira olmaydi, uzluksiz quvvat tokini ta'minlash uchun qavat o'ralish sirtini o'zgartirish kerak.
Oqimni olish:
① Namuna olish tokini differentsial izlar sifatida olib, referent GND tekisligi mavjud bo'lishi kerak;
② Impedans va teng uzunlikni boshqarish shart emas, izlar joylashuvning minimal oraliq masofasini saqlaydi.
FB Fidbek:
Rezistorlar boshqa qurilmalar hamda nazoratchi chiplarga yaqinroq joylashtiriladi;
Issiqlikni tarqatish va GND:
Ishish qurilmalari: MOSFET, induktorlar va namuna olish rezistorlari tekis maydonning issiqlik o'tkazuvchanligini mos ravishda oshirishi mumkin, GND via’larni oshirish ushbu platadagi issiqlik tarqalish sharoitini yaxshilashga yordam beradi.
3 - Soha boshqaruvli birinchi darajali BUCK quvvat manbai dizayni - xulosa
3.1 3D chizma
3D Rasm-1
3D Rasm-2
3.2 Dizayn xulosa
① Kalitlanuvchi quvvat manbai dizayni 4 qavatli dizayn, 1,6 mm PCB qalinligi, o'lchami 30X65 mm dan iborat;
② Chiqish toki Qualcomm SA8295 ning maksimal o'tishdagi 24A tokini qondirishi mumkin hamda 10A dan ortiq doimiy chiqish imkoniyatini qo'llab-quvvatlaydi.
4- Haqida Codaca Elektronika
Codaca induktorlarni mustaqil tadqiqot, ishlab chiqish va ishlab chiqarishga e'tibor qaratadi, VSEB0660-1R0M Qualcomm platformalarini ishlab chiqish va qo'llash uchun mos keladi. U yuqori narx-sifat nisbati, kuchli to'yinganlik tokiga chidamli, kam issiqlik ajratish kabi texnik afzalliklarga ega bo'lib, sanoatda yetakchi quvvat-hajm nisbatiga ega. Codaca texnologiyalarni tadqiq qilish, ixtiro qilish, induktor sanoati uchun a'lo mahsulotlar ishlab chiqarishga e'tibor qaratadi va elektron mahsulotlarning rivojlanishi va qo'llanilishiga yordam beradi.
5- Sinov va tasdiqlash
Keyingi sinov va tekshiruv uchun quyidagilarga murojaat qiling: 03- Qualcomm Automotive Domain Controllerning birinchi bosqichli quvvat manbai dizaynini o'rganish: Ishlash testi o'lchash tahlili .
[Manba]
1.LM25149-Q1：ti.com.cn/product/cn/LM25149-Q1
2.BUK9K6R2-40E： https://www.nexperia.cn/product/BUK9K6R2-40E