תכנון של כוח מגבר עבור כלי רכב אוטונומיים דורש איזון קפדני של ביצועים, אמינות ובטיחות פונקציונלית. רכיבים אלה משמשים כעמוד השדרה של ממשקי חיישן, טרנזירים תקשורת, וכוננים אקטוטור, ישירות המשפיע על היכולת של הרכב לתפוס את הסביבה שלו ולקבל החלטות הנדסיות נפרדות. כמו טכנולוגיה אוטונומית נע ממערכות סיוע נהיגה מתקדמות (ADAS) לרמה מלאה ו -5 אוטונומיה, כוח לאסטרטגיה זו, יש צורך לבחון יותר ויותר את ההשפעות של תכונות הנדסיות, כדי להתאים את יעילות מודרנית, כמו גם את שיטות פעולה.

תפקיד ה-Power Amplifiers במערכות רכב אוטונומיות

כלי רכב אוטונומיים מסתמכים על מגוון רחב של תת-מערכות אלקטרוניות הדורשות שיפור כוח ליניארי ויעיל.אם להגביר את החיישנים, שמירה על שלמות הקישור, או נהיגה בפעולת פעולה ביקורתית, הביצועים של מגבר הכוח משפיעים ישירות על דיוק המערכת ואת שולי הבטיחות.

המונחים: shapeing

LiDAR, מכ"ם וחיישנים מצלמה לייצר אותות אנלוגיים חלשים שיש להיות מוגדל לפני המרה אנלוגית-ל-דיגיטלית.לדוגמה, שרשרת מקלט LiDAR משתמשת מגבר טרנססרמנט לאחר שלב מגבר מתח כדי להתמודד עם שלבים תצלום ברמה נמוכה. ב 77 GHz מודולים, מגברי כוח בדרך משדר חייבים לספק פלט גבוה תוך שמירה על רעש ליניארי נמוך כדי למנוע גילויים או דיסיביים אלה.

קישורים תקשורת

מערכות תקשורת לרכב (V2X) כולל C-V2X ו- DSRC, דורשות מגברי חשמל המסוגלים לטפל ביחסי כוח שיא עד לממוצע בלהקות מקודמות.מממממממממגברים אלה חייבים לשמור על תאימות במסכות ספקטרום וגודל השגיאה (EV) תוך הפעלת טווחי טמפרטורה מורחבים.

Actuator Drive

Steering, braking, ו- throttle Actuators בכלי רכב אוטונומיים נשלטים על ידי מגברי חשמל שממירים אותות פיקוד נמוך לתוך תפוקה גבוהה-הווה.ממממגברים אלה חייבים לפעול עם עיוות זמן מינימלי ויעילות גבוהה לנהל מתח תרמי.

דרישות סביבתיות חמורות והשפעתם על עיצוב

רכיבי כיתה לרכב חייבים לשרוד תנאים חמורים הרבה יותר מאלה שנמצאו באלקטרוניקה צרכנית. Power מגבר בכלי רכב אוטונומיים נחשפים לרכיבה תרמית, לחץ מכני, טרנסים חשמליים, ותקופות חיים תפעוליות ארוכות שיכולות לעלות על 15 שנים.

טמפרטורה קיצונית

מתחתיות ועמדות על גבי משקפיים יכולות לחוות טמפרטורות מ -40 מעלות צלזיוס ל +125 ° C, עם טמפרטורות צומת מקומיות העולה מעל 175 מעלות צלזיוס במהלך עומס כבד. , פרצות מבוסס הסיליקון מופחתות ניידות ודליפה מוגברת בטמפרטורות גבוהות, ירידה עלייה עלייה עלייה ויעילות. מהנדסים חייבים מודל נתיבי תנופה תרמיים ובחירת חבילות עם התנגדות תרמית נמוכה.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

תנודות רכב מהמנוע, מחוספס הכביש, ותנועת השעיה כופים לחצים מכניים על המפרקים והטלפונים. Power amplifiers שנועדו למיקומים רכובים ליד בארות גלגלים או ה- chassis חייבים להעביר פרופילים רטטים המוגדרים בסטנדרטים כגון IEC 60068-2-6. מצבי כשלים כוללים עייפות חוט, קידוד מת, ומחבר את הסיכונים האלה באמצעות חבילות מכניות, ציפוי חומרים תחת תואמים.

רעש חשמלי ו Transients

סביבת החשמל של הרכב כוללת עומסי חול (עד 40 V), מתח סוללה מפוספסים, וקרינה פליטות ממנועי מערכת חשמלית. Power amplifiers חייב לטפל בריאציות מתח אספקת ללא פלט או latch-up. מעגלים הגנה משולבת, הגנה משולבת לאחור סוללות, ופילטרים EMI הם תכונות סטנדרטיות במגברי רכב, בנוסף, המגבר של המגבר חייב להפריע חיישנים רגישים או לא להפריע לרצועות תקשורת.

תקנים ותעודות לתחזוקה של רכב

עמידה בסטנדרטים של תעשיית הרכב היא דרישה בלתי ניתנת להשגה עבור כל רכיב המשמש במערכות אוטונומיות קריטיות בטיחות. עיצובים מגבר כוח חייב להפגין דבקות בתהליכים בטיחות פונקציונליים, כישורי מכשירים, ומגבלות תאימות אלקטרומגנטית.

ISO 26262 בטיחות פונקציונלית

ISO 26262 מגדיר מסגרת מבוססת סיכון עבור מערכות אלקטרוניות של מכוניות. Power amplifiers המשמשים בהיגוי או מפגין ממריצים מוקצים בדרך כלל ASIL-D (Automotive Safety Integrity D), הרמה הגבוהה ביותר של הקפדה.זה דורש מגבר לזהות כשלים - כגון פלט מעגלים קצרים או overtempture - ומעבר למצב בטוח בתוך פרק זמן מוגדר, תיעוד לטווח קצר ואפקטים של זמן מוגבל (FM) הם אפקטים.

AEC-Q100 ו-AEC-Q101

תקני הכישורים של מועצת הרכב לעיגולים משולבים (AEC-Q100) ומוליכים למחצה דיסקרטיים (AEC-Q101) מציינים בדיקות מתוחות עבור חיי טמפרטורה גבוהים (HTOL), תנאי מוקדם, לחות, וטמפרטורה רכיבה על אופניים. A Power amplifier IC העובר AEC-Q1001 נבדק בטמפרטורה של 125 מעלות צלזיוס עם גודל מספק אבטחה סטטיסטית של רכיבים אלה.

תקני EMC

מגבר חייב לציית ל- CISPR 25 עבור פליטות קורנות ו- ISO 11452 לחסינות לשדות אלקטרומגנטיים.בנוסף, עבור מגבר גבוה יותר מ- 1 GHz, שיטות בדיקה ספציפיות כגון תא אלקטרומגנטי transverse (TEM) ופסליין משמשים.העיצוב חייב לשלוט בנזקים ודרבן פליטות מתוצאות באמצעות סיום הולם, סינון, והגנתם של מודולים.

אסטרטגיות עיצוב עבור אחריות גבוהה

אמינות בנויה לתוך עיצוב מגבר כוח משלב הרעיון הראשוני, לא נסוג לאחר בדיקות. כמה אסטרטגיות מפתח מועסקות כדי להבטיח הפעלה עקבית לאורך חיי הרכב.

בחירה ודרטינג

כל מרכיב פסיבי ופעיל נבחר עם שולי מתח, זרם, וניתוק כוח.לדוגמה, capacitor עשוי להיות מדורג פעמיים את המתח המקסימלי הצפוי בחשבון עבור סחף קרוע והזדקנות. Resistors נבחרים עם טמפרטורות נמוכות coefficients ודירוגי כוח גבוהים. Inductors המשמשים בפלט רשתות חייב להיות נמוך DCR גבוה וגבוה עצמית בתדרים כדי למנוע פסגות בתנאים הנוכחיים של התעשייה.

ניהול מהיר

הסרת חום יעילה היא קריטית לשמירה על טמפרטורות צומת מתחת ל-125 מעלות צלזיוס (לתקני סיליקון סטנדרטיים) או גבוה יותר עבור מוליכים למחצה רחב פסגהp. Solutions כוללים תת-מדבקות ישירות (DCB), מזחלות חום, קירור אוויר מאולץ, ושילוב של ערוצי קירור נוזלי במודולים רכובים ליד מערכת ניהול תרמי של הרכב.

גילוי וגילויים

מגברי בטיחות קריטיים לעתים קרובות משלבים ארכיטקטורות דו-פתות שבו מגבר ראשוני ומשני יכול להניע באופן עצמאי את העומס.במקרה של כישלון בדרך הראשית, המגבר המשני משתלט ללא הפרעה. Fault Detection מעגלים לפקח פרמטרים כגון אספקת תפוקה נוכחית, תפוקת, ובמקרה. An on-chip אבחון בריאות יכול לתקשר מצב באמצעות ממשק דיגיטלי (למשל, SPI) לסימון אותות תקשורת עצמית מרכזי (בקיצור של תאים) עבור מחזור תקשורת עצמית (בקיצור של תאים).

עיצוב עבור Manufacturability

ייצור נפח גבוה דורש עיצובים חזקים כדי לעבד וריאציות בגליון למחצה ואסיפה.פיוריות קורנת מבוצעים כדי להבטיח המגבר פוגש מפרטים על פני תהליך, מתח, וטמפרטורה (PVT) סיקור מבחן במהלך הייצור כולל בדיקות parametric עבור רווח, לינאריות (למשל, OIP3 עבור מגברי RF), ויעילות.תהליך בקרה סטטיסטית (SPC) מספק מוקדם של תשואות יכולות להצביע על בעיות של מהימנות.

טכנולוגיות Semiconductor

חומרים רחבים פסים משנים את יכולות המגבר של כוח עבור כלי רכב אוטונומיים, המציעים יעילות גבוהה יותר, צפיפות כוח גדולה יותר וביצועים גבוהים יותר של זמן גבוה יותר.טכנולוגיות אלה מפורטות יותר ויותר בשקעים שבהם סיליקון מסורתי מגביל.

גליום ניליד (GaN)

(ה-HMTs) מציג נמוך מאוד על-resistance ומהירויות מעבר מהירות, המאפשר מגברי כוח עם יעילות גבוהה יותר רוחב פס בהשוואה סיליקון LDMOS. ב מכ"ם רכב, גל כוח GaN יכול לספק כוח שיא גבוה בתדרים של מילימטר (למשל, 77-81 GHz) תוך שמירה על גמישות גבוהה עבור מספר רב של 10 שעות טיפול באמינות גבוהה (N) גם על מנת להפחית את רמת עיבוד של 10.

Silicon Carbide (SiC)

SiC MOSFET ומודולים כוח מתאימים היטב עבור מתח גבוה, פועל מתקדם מתקדם לנהוג ברכבים אוטונומיים חשמליים.הם פועלים בטמפרטורות צומת עד 175 מעלות צלזיוס ללא ירידה משמעותית בביצועים, צמצום דרישות קירור.בכוח מגבר יישומים עבור עומסים אינדוקטיביים, מתגי SiC יכולים לפעול בתדרים מתקדמים יותר מאשר IGBT, וכתוצאה מכך רכיבים קטנים יותר והפסדים נמוכים יותר.

Advanced Packaging

אריזה חידושים, כגון טמעמות וחבילות ברמה מאוורר (FOWLP), להפחית את החדירה parasitic ולשפר את התפשטות תרמית. עבור מגברי כוח RF, נחושת עמוד עמוד עמוד התנגשות וחלוקה של ספין-צ'יפ-צ'יפ ממזער הפסדים מחוברים ומאפשר הפעלה בתדר גבוה יותר.רכב-דרגת עשבי יאכטות או עובש עם עיצובים מובילים אשר מתאימים למוות גדול מפותחים במשותף על ידי מוליכים למחצה שנמצאו צמיגים למחצה ו- 1-ידי , כמו גם כן, כדי להפחית את מספר יחידות של תאים מרובים של תאים מרובים (G) ו-ה של תאים מרובים של תאים מרובים של תאים מרובים (Gate C.

פרוטוקולי בדיקה ואימות

בדיקת כוח עומד בסטנדרטים של אמינות דורש משטר בדיקה מקיף שהולך רחוק מעבר לאימות מסחרי טיפוסי.מבחנים מדמיעים שנים של שימוש במסגרות זמן דחוסות ומדגישים את המכשיר למגבלותיו.

בדיקות חיים

בדיקות טמפרטורה גבוהה תפעול חיים (HTOL) בדיקות, המבוצעות בדרך כלל ב-125 מעלות צלזיוס או 150 מעלות צלזיוס עם הטיה חשמלית מתמשכת, להאיץ מנגנוני כשל כגון אלקטרומיציה, הזרקת נושא חם, ופירוק dielectric תלוי בזמן (TDDB) גודל הדגימה ומשך הבדיקה נקבעים על פי המטרה FIT (failures מואצת בזמן) שיעור מתחת ל- 50 FIT עבור רכיבי רכב נוספים כוללים מ-55 עד 120 מעלות צלזיוס ל-125 מעלות ל-125 מעלות צלזיוס ל-125 מעלות צלזיוס ל-125 מעלות צלזיוס ל-125 מעלות צלזיוס ל-125 מעלות צלזיוס ל-125 מעלות צלזיוס ל-125 מעלות צלזיוס ל-125 מעלות צלזיוס ל-125 מעלות צלזיוס ל-125 מעלות צלזיוס ל-125 מעלות צלזיוס ל-125 מעלות צלזיוס עבור מחזורי לחץ על פני מחזורי לחץ כבדות לחץ כבדות (RCL ° C.

מעקב ופרוגנוסטים

אמינות בתחום משתפרת על ידי שילוב של ניטור בריאות פרוגנוסטיות לתוך תת-מערכת המגבר.על חיישנים למדוד ניקוז הנוכחי, דליפת שער וטמפרטורה. נתונים אלה מועברים לבקר התחום, אשר משווה ערכים נוכחיים נגד מודלים בסיס.כאשר השפלה מזוהה - כגון עלייה בדלפה שער המציין התמוטטות מוקדמת - המערכת יכולה להפחית את נקודת התפעולית או לוח הזמנים של המגבר, המכונה גישה אוטומטית, המכונה "תחזוקה" היא יעילה, "תחזוקה" (reative Auto-reative Auto-reative Auto-reative Auto-reative Auto-reative Auto)".

מגמות עתידיות ומסקנות

העיצוב של מגברי חשמל עבור כלי רכב אוטונומיים ימשיך להתפתח כמו טכנולוגיות מוליכים למחצה ולהגדיל את האינטגרציה ברמת המערכת.מגמות כוללות אימוץ של ארכיטקטורות דגימה ישירה אשר להפחית את מספר של שלבים אנלוגיים, השימוש של נטייה דיגיטלית (DPD) כדי לינאריזציה רחבת המולקולות, ופיתוח של מודולים משולבים מאוד RF הקדמי כי משלבים מספר רב של תדירות ואופטימיזציה של גלקסיות הרגעיות לייזרים על בסיס יעילות של כלי רכב.

מהנדסים חייבים גם לשקול את ההשפעה של 800 ארכיטקטורות סוללות V כי הם הופכים סטנדרטיים ב הדור הבא של כלי רכב אוטונומיים חשמל. Power amplifiers תפעול ממסילות גבוהות כל כך דורש טכניקות בידוד ואסטרטגיות דירוג מתח כי הם עדיין להיות מעודן. שיתוף פעולה בין יצרני רכב, Tier-1 ספקים, ו Semiconductor נמצא חיוני כדי ליצור נהלים סטנדרטיים כי לשמור על קצב חדשנות עם.

לסיכום, תכנון של מגברי חשמל עבור כלי רכב אוטונומיים הוא אתגר רב תחומי הדורש הבנה עמוקה של פיזיקה Semiconductor, מדעי תרמי, הנדסה אמינות ובטיחות פונקציונלית.על ידי יישום של בחירת רכיב חזק, ניהול תרמי מתקדם, אדריכלות התחדשות, פרוטוקולים אימות מואצים, מהנדסים יכולים לספק מגברות שעומדות בדרישות הקיצוניות של נהיגה אוטונומית.

מקור:0 (ב) מקורות:

  • ISO 26262:0 (א)iso.org/סטנדרט /68383.htmlFreaLT 1
  • AEC-Q100:0[עריכת קוד מקור | עריכה]
  • 25:0 (ב) ⁇ ⁇ ⁇
  • מחקר אמינות:0 (בתרגום חופשי: ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • סי-C Powerמודולs:0wolfspeed.com/applications/automotive/IRLT 1