電流檢測電阻 R_SNS 的選型

基于 I²t 的過流保護閾值電壓 V_{(SNS_OCP)} 建議范圍可從 6mV 擴展至 200mV。接近下限閾值 6mV 的值可能會受到系統噪聲的影響。接近上限閾值 200mV 的值可能會導致電流檢測電阻中產生高功率耗散。為了最大限度解決這兩個問題，應選擇 20mV 作為 I²t 保護啟動閾值電壓。可以使用以下公式計算電流檢測電阻 R_SNS：

若 I²t 保護啟動閾值為 40A (I_OC)，則 R_SNS 計算結果為 0.5mΩ，

可以并聯使用兩個 1mΩ 1% 檢測電阻。

選擇 IMON 調節電阻 R_SET

R_SET 是在 VS 或輸入電源與 CS1+ 引腳之間連接的電阻。該電阻可調節基于 I²t 的過流保護閾值電壓，并與 R_IOC、C_I2t 上的充電電流和 R_IMON 協調配合，以確定 I²t 曲線和電流監測輸出。

根據以下公式，I²t 引腳上的最大電流可以基于短路保護 (I_SC) 閾值計算：

其中，比例因數 K 可以根據以下公式計算：

需要調整 R_SET，以便 I_{I2t_MAX} 始終小于 100μA。R_SET 建議范圍為 100Ω 至 500Ω。

在本設計示例中，為 R_SET 選擇 450Ω、1%，使 I_{2t_MAX} 小于 100μA。

選擇電流監測電阻 R_IMON

IMON 引腳上的電壓 V_(IMON) 與輸出負載電流成比例。它可以連接到下游系統的 ADC，用于監測系統的運行狀況和健康狀態。必須根據最大負載電流和所用 ADC 的輸入電壓范圍，選擇 R_IMON。R_IMON 通過以下公式設置：

其中，V_SNS = I_{OC_MAX} × R_SNS，V_{(OS_SET)} 是電流檢測放大器的輸入基準的失調電壓 (±140μV)。若 I_{OC_MAX} = 120A 且 ADC 的工作范圍為 0V 至 3.3V（例如，V_(IMON) = 3.3V），則 R_IMON 的計算結果為 27.43k?。

通過為 R_IMON 選擇小于方程式 23 所示的值，可確保負載電流最大值不超過 ADC 限值。選擇最接近的可用標準值：27.4kΩ，1%

選擇主路徑 MOSFET Q1 和 Q2

選擇 MOSFET Q1 和 Q2 時，重要的電氣參數為最大持續漏極電流 ID、最大漏源電壓 V_DS(MAX)、最大柵源電壓 V_GS(MAX) 以及漏源導通電阻 R_DS(ON)。最大持續漏極電流 (ID) 額定值必須超過最大持續負載電流。最大漏源電壓 V_DS(MAX) 必須足夠高，以便承受應用中所見的最高電壓。考慮負載突降導致最高應用電壓為 35V，因此該應用選擇 VDS 額定電壓為 40V 的 MOSFET。

TPS1212-Q1 可驅動的最大 VGS 為 12V，因此必須選擇 VGS 最小額定值為 15V 的 MOSFET。

為了降低 MOSFET 導通損耗，建議選擇合適的 R_DS(ON)。根據設計要求，選擇的是兩個 BUK7J1R4-40H，其電壓等級為：

• 40V V_DS(MAX) 和 ±20V V_GS(MAX)
• 在 10V VGS 下，R_DS(ON) 的典型值為 1.06mΩ
• MOSFET Qg(total) 的典型值為 73nC

TI 建議確保短路條件（如 V_{BATT_MAX} 和 I_SC）處于所選 FET（Q1 和 Q2）的 SOA 范圍內，確保大于 t_SC（最大 5μs）定時。

選擇自舉電容器 C_BST

內部電荷泵以大約 600μA 的電流為外部自舉電容器（連接在 BST 和 SRC 引腳之間）充電。使用以下公式，計算驅動兩個并聯 BUK7J1R4-40H MOSFET 所需的自舉電容最小值。

選擇最接近的可用標準值：150nF，10%。

I²T 曲線編程，R_IOC 和 C_I2t 選擇

R_IOC 用于設置 I²T 保護啟動閾值，該值可使用以下公式計算：

其中，比例因數 K 可以根據以下公式計算：

若要將 I²T 保護啟動閾值設置為 40A，則 R_IOC 值計算結果為 51kΩ。

選擇最接近的可用標準值：51k?，1%。

在最大過流限值 (I_{OC_MAX}) 下關斷柵極驅動所需的時間可使用以下公式確定：

若要將 I²T 因數設置為 3000A²s，則 t_{OC_MIN} 值計算結果為 208ms。

使用方程式 28 可計算所需的 C_I2t 值：

若要將 I²T 因數設置為 3000A²s，將 I²T 啟動閾值設置為 40A 且最大過電流設置為 120A，則 C_I2t 的計算結果為約 4.44μF。

選擇最接近的可用標準值：4.7μF，10%。

短路保護閾值編程，R_ISCP 選擇

R_ISCP 用于設置短路保護閾值，該值可使用以下公式計算：

若要將短路保護閾值設置為 130A，則兩個并聯 FET 的 R_ISCP 值計算結果為 2.53kΩ。選擇最接近的可用標準值：2.55k?，1%。

故障計時器周期編程，C_TMR 選擇

就正在討論的設計示例而言，可以通過選擇從 TMR 引腳到接地的合適電容器 C_TMR，設置自動重試時間 t_RETRY。使用以下公式可計算 C_TMR 的值以便將 t_RETRY 設置為 1ms：

若要將自動重試時間設置為 1000ms，則 C_TMR 值計算結果為 39.06nF。

選擇最接近的可用標準值：47nF，10%。

負載喚醒閾值編程，R_BYPASS 和 Q3 選擇

在正常運行期間，電阻 R_BYPASS 與旁路 FET R_DSON 一起用于設置負載喚醒電流閾值。選擇 MOSFET Q3 時，重要的電氣參數為最大持續漏極電流 ID、最大漏源電壓 V_DS(MAX)、最大柵源電壓 V_GS(MAX) 以及漏源導通電阻 R_DS(ON)。

根據設計要求，選擇的是 BUK6D23-40E，其電壓等級為：

• 40V V_DS(MAX) 和 ±20V V_GS(MAX)
• 在 10V VGS 下，R_DS(ON) 的典型值為 17mΩ
• MOSFET Q_g(total) 的典型值為 11nC
• MOSFET V_GS(th) 的最小值為 1.3V
• MOSFET C_ISS 的典型值為 582pF

設置欠壓鎖定設定點，R3 和 R4

通過連接在器件 VS、EN/UVLO 和 GND 引腳之間的 R3 和 R4 外部分壓器網絡可調整欠壓鎖定 (UVLO)。設置欠壓和過壓所需的值通過求解以下公式計算得出：

為了盡可能降低從電源汲取的輸入電流，TI 建議對 R3 和 R4 使用較高的電阻值。但是，由于連接到電阻器串的外部有源元件而產生的漏電流會增加這些計算的誤差。因此，選擇的電阻串電流 I_(R34) 必須比 UVLO 引腳的漏電流大 20 倍。

根據器件電氣規格，V_(UVLOR) = 1.2V。根據設計要求，V_INUVLO 為= 6.5V。為了求解該公式，首先選擇 R3 = 470kΩ 值，然后使用方程式 31 求解 R4 = 107.5kΩ。

選擇最接近的標準 1% 電阻值：R3 = 470k?，R4 = 107k?。