展商速递 | 技术干货!解密高通域控制器一级电源设计:电源设计和计算
来源: 聚展网
2024-03-06 10:12:34
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新能源汽车产业的快速发展推动了各个产业链的爆发式增长,汽车智能化、自动驾驶成为新能源汽车最重要的核心竞争力方向,给高度集成化中央大脑和域控制器带来新的挑战和机遇,尤其是对DC-DC开关电源的可靠性、高功率密度、开关电源EMC、高效率、高性价比带来新的机遇和挑战。
高通作为 智能座舱域控制器 的供应商,SA8155和SA8295占据着重要的地位,中央域控SOC一级电源(从电池输入一级转换的电源)的瞬态电流、稳定工作电流、待机工作效率、成本、开关电源EMC设计之间的矛盾成为BUCK电源设计巨大挑战。如何解决和平衡这些矛盾,是开关电源架构、电源芯片、电感、Mosfet、电容一起努力的技术方向。 本文结合大动态开关电源电流(100-300%) 汽车中央域控一级电源设计 ,探讨 DC-DC开关电源 的设计,包含电源方案、电感、电容选型等设计方法;兼顾体积、成本、效率、性能挑战进行探讨和实战落地设计。 本文以高通SA8295域控制器为例,探讨和实施 一级BUCK开关电源 的实战设计。 01 -解密高通汽车域控制器一级电源设计之:电源设计和计算(本章节) 02 -解密高通汽车域控制器一级电源设计之:原理图设计和PCB设计 03 -解密高通汽车域控制器一级电源设计之:性能测试测量分析 高通SOC 3.3V供电待机功耗4-7.5mA内(含内存自刷新功率消耗),支持待机唤醒。 中央大脑(座舱域控制器)整车整体电流预算7-10mA(13.5V),4G/5G模块独自消耗4-5mA,高通SA8295电流13.5V 3mA(40mW)以内。 大瞬态电流,3.3V,18安培(0.1ms),0.1ms对于DC-DC开关电源已经属于长周期稳态输出,需要Buck电源按照18安培稳定输出设计。 SA8295域控稳态工作电流在5-9安培,这会造成开关电源电感(电感与电流大小成反比)选择稳定工作电流超过300%的差异,在体积,成本,频率出现较大的矛盾。 待机功耗,需要在13.5V 3mA消耗效率>70%,这对电源控制器架构,电感选型设计也是巨大的挑战。 本设计以挑战最大SA8295一级Buck电源设计为基础,探讨开关电源的核心困难和DC-DC技术解决方案。 MPQ2918,MPQ2930,LM25141-Q1,MAX20098,LTC7803,LM25149-Q1等均可以满足设计要求。本设计选择LM25149-Q1作为这次中央大脑域控制器一级电源设计方案。 https://www.ti.com.cn/product/cn/LM25149-Q1?keyMatch=LM25149-Q1
表3:LM25149-Q1设计参考资料
LM25149-Q1 42-V Automotive, Synchronous, Buck, DC/DC Controller with Ultra-Low IQ and Integrated Active EMI Filter datasheet (Rev. B) LM25149-Q1 EVM 用户指南 (Rev. A) (ti.com.cn) 如何确保有源 EMI 滤波器的稳定性和性能 (ti.com.cn) LM5149-LM25149DESIGN-CALC Calculation tool TI.com
1. 如果设计覆盖6-20A (A I =0.3计算)范围,16V输入,6A输出,电感≥0.69 μ H; 2. 理论计算开关电源电感Lmin:≥0.69μ H(理论); 3. 考虑到实际的设计选型和电感误差±20%,选择0.82 μ H和1.0 μ H作为最佳设计(电感值增加,电感体积增大,成本增高,SRF降低)。 理论计算电感饱和电流≥20.76A, 取整21A; 3. LM25149 开关电源电感电流采样电阻计算 对于同步BUCK开关电源设计,输入和输出滤波电容性能、体积、成本存在矛盾,电容规格书指标测试是在特定条件下完成的,测试过程仪器设备差异,相同的指标,可能存在10-50%的差异,最终设计性能需要在调试过程进行科学实践验证和测试(设计无最佳解,只有选择适合场景的方案)。 开关电容需要满足:容量≥320uF(Overshoot要求),陶瓷电容容量大于2.435uF(不是核心条件,满足即可) LM25149规格书没有过多的计算和选型计算,QG计算和选型根据经验估算倒推,计算结果选择4.5-5.0V Vgs,≤22nC,计算过程参看下表,选择米勒平台为2-3V(接近3V也可以接受),Rdson选择≤8mΩ。
同步开关电源性能效率受诸多因素影响,性能和指标需要考虑实际的因素,本章节用于理论计算,对实际的设计进行理论指导,设计的性能和指标与元件性能、使用条件、layout等息息相关,需要严谨的测试验证。 高通域控制器的同步降压电源设计是控制器设计技术较难的技术领域,需要平衡性能、体积、成本, 科达嘉 专注于电感自主研发设计, CSEB0660-1R0M 适合高通平台的开发和应用,具有高性价比,抗饱和电流能力强,发热小等技术优势,具有业界领先的功率体积比;科达嘉专注于技术研发、技术创新,为电感行业研发优秀的产品,助力电子产品的开发应用。 深圳市科达嘉电子有限公司成立于2001年,是一家专业研发、生产与销售功率电感、共模电感等磁性元件的国家高新技术企业。 科达嘉的主要产品包括:大电流电感、一体成型电感、高频大电流电感、数字功放电感、SMD功率电感、插件电感、磁棒电感、共模电感、粘结钕铁硼等,广泛应用于工业控制、汽车电子、医疗电子、新能源、电机、通讯设备、数字功放、电源系统等领域。 进一步了解科达嘉,敬请访问: www.codaca.com 文章及图片来源 科达嘉
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