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Resumen
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Qué es este diseño
Este registro convierte una pregunta definida de alimentación auxiliar BMS en un paquete de cálculo concreto para 5 V / 1 A. Expone supuestos, componentes, márgenes calculados y puertas de evidencia para que la revisión no confunda el cálculo con una validación.
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Qué no es este diseño
La publicación no hace que el circuito esté listo para producción
- No se afirma ningún resultado de simulación.
- No existen medidas de prototipo, eficiencia, rizado, térmica o EMI.
- No se afirma conformidad automotriz, ISO, CISPR ni de otro tipo.
- El fusible, la polaridad inversa, el clamp, la desconexión y el filtro aguas arriba dependen del sistema.
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Límites del dominio de entrada
La batería sin protección no es VIN protegida. El convertidor regula entre 7 V y 36 V en el nodo protegido. Por encima de 36 V y hasta 75 V solo se exige supervivencia, sin promesa de regulación de 5 V. Por debajo de 7 V la salida puede caer hasta que la UVLO nominal de 6.582 V produzca un apagado controlado.
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Arquitectura de potencia
El límite de la Opción A mantiene la energía del vehículo aguas arriba y trata LM5161-Q1 como convertidor de entrada protegida. La capacitancia local, los interruptores síncronos, el inductor de 47 µH, la salida, la realimentación, UVLO, RON y soft start forman la etapa revisable.
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Por qué LM5161-Q1
LM5161-Q1 aporta clase de 100 V, interruptores síncronos integrados, capacidad de 1 A y control constant-on-time para este dominio protegido. Se selecciona para este cálculo, no como solución universal. LM5012-Q1 queda solo como alternativa y requeriría su propio cálculo y validación.
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Decisiones de diseño eléctrico
Seleccionado165 kΩ RON; 300.625301 kHz
MotivoElección calculada dentro del dominio definido; requiere validación.
Evidencia950.4 ns at 7 V; 462 ns at 36 V
SeleccionadoEmulación de diodo; FPWM bajo
MotivoElección calculada dentro del dominio definido; requiere validación.
EvidenciaE1; la EMI a carga ligera sigue pendiente
Seleccionado22 nF; ≈4.4 ms
MotivoElección calculada dentro del dominio definido; requiere validación.
EvidenciaE1 + E11
Seleccionado7.579754 V rising; 6.581754 V falling
MotivoElección calculada dentro del dominio definido; requiere validación.
Evidencia49.9 kΩ / 9.76 kΩ; E1 + E10
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Magnetismo y margen de corriente
| VIN | Rizado | Corriente pico |
|---|---|---|
| 7 V | 0.101106 A | 1.050553 A |
| 12 V | 0.206426 A | 1.103213 A |
| 24 V | 0.280149 A | 1.140074 A |
| 36 V | 0.304723 A | 1.152362 A |
El peor pico calculado es 1.192357 A: 0.107643 A, o 8.28%, por debajo del límite mínimo de 1.3 A. La saturación de 2.5 A del inductor conserva 0.600 A, o 31.58%, sobre el límite máximo de 1.9 A.
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Estrategia de condensadores
La entrada local usa 0.1 µF / 100 V X7R y tres 2.2 µF / 100 V X7R. El mínimo efectivo de 3.696 µF es 2.22× el mínimo calculado de 1.663 µF. La salida usa tres 10 µF / 25 V X7R; el mínimo efectivo de 20.25 µF produce un rizado analítico aproximado de 9.3 mV antes de parásitos y medida.
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Lista de materiales seleccionada
Trece filas tienen pieza concreta y evidencia primaria; dos interfaces permanecen provisionales porque dependen del evento del vehículo, la impedancia de fuente y el objetivo EMI.
| Ref. | MPN | Valor / función | Estado |
|---|---|---|---|
| U1 | LM5161QPWPRQ1 | 100 V / 1 A | Seleccionado |
| L1 | XGL6060-473MEC | 47 µH | Seleccionado |
| C1 | C0603C104K1RACAUTO | 0.1 µF / 100 V X7R | Seleccionado |
| C2–C4 | C1210X225M1RACAUTO | 3 × 2.2 µF / 100 V X7R | Seleccionado |
| C5–C7 | C1206C106K3RACAUTO | 3 × 10 µF / 25 V X7R | Seleccionado |
| R1 | CRCW060315K0FKEA | 15.0 kΩ / 1% | Seleccionado |
| R2 | CRCW060310K0FKEA | 10.0 kΩ / 1% | Seleccionado |
| R3 | CRCW0603165KFKEA | 165 kΩ / 1% | Seleccionado |
| R4 | CRCW060349K9FKEA | 49.9 kΩ / 1% | Seleccionado |
| R5 | CRCW06039K76FKEA | 9.76 kΩ / 1% | Seleccionado |
| C8 | C0603C223K5RACAUTO | 22 nF / 50 V X7R | Seleccionado |
| C9 | C0603C105K4RACAUTO | 1 µF / 16 V X7R | Seleccionado |
| C10 | C0603C103K5RACAUTO | 10 nF / 50 V X7R | Seleccionado |
| FL1 | Dependiente del sistema | Filtro EMI de entrada amortiguado opcional | Provisional |
| J1 | Dependiente del sistema | Interfaz de entrada protegida | Provisional |
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Prioridades de layout y EMI
Coloque el bypass de 0.1 µF y el banco de entrada directamente entre VIN y PGND; minimice el lazo caliente y el cobre del nodo de conmutación; mantenga compactos inductor y retorno; aleje la realimentación. El filtro del conector queda fuera del lazo local y se selecciona cuando se conozcan la impedancia y el objetivo de ruido.
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Estado térmico y de eficiencia
El subtotal analítico parcial es 0.489 W a 12 V, 0.418 W a 24 V y 0.394 W a 36 V. Excluye pérdidas de conmutación, gate drive, corriente quiescente, variación térmica, núcleo y ruta PCB-ambiente. No se afirma ninguna curva de eficiencia ni temperatura de unión.
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Plan de validación
La evidencia siguiente debe cubrir regulación y rizado, arranque y apagado, caídas y eventos residuales, escalones de carga, límite de corriente, cortocircuito, temperatura, EMI y acoplamiento con medida y comunicaciones BMS. Cada resultado necesita condiciones, sondas y límites de aceptación.
- Simulación con modelo validado cuando esté disponible.
- Medición en prototipo sobre la PCB prevista.
- Revisión térmica con stackup, carcasa y ambiente finales.
- Conformidad solo bajo requisitos y planes autorizados por separado.
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Referencias de fuentes oficiales
- E1: Texas Instruments — LM5161-Q1 ↗
- E2: TI TIDA-01167 ↗
- E3: TI automotive 24 V input protection ↗
- E4: TI AN-2162 conducted EMI ↗
- E5: Texas Instruments — LM5012-Q1 ↗
- E6: Coilcraft XGL6060-473 ↗
- E7: KEMET C0603C104K1RACAUTO ↗
- E8: KEMET C1210X225M1RACAUTO ↗
- E9: KEMET C1206C106K3RACAUTO ↗
- E10: Vishay D/CRCW e3 ↗
- E11: KEMET C0603C223K5RACAUTO ↗
- E12: KEMET C0603C105K4RACAUTO ↗
- E13: KEMET C0603C103K5RACAUTO ↗
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