圖 3-5 中介紹了建模容性負(fù)載的一個(gè)簡(jiǎn)單示例。該電路顯示了一個(gè)開關(guān)的簡(jiǎn)化模型，此開關(guān)使用 10μF 輸出電容器驅(qū)動(dòng) 24V 500mA 直流負(fù)載。在此示例中，電纜的電阻和電感分別為 100mΩ 和 5μH：

圖 3-5 不受控制的電容器充電原理圖

圖 3-6 不受控制的電容器充電波形

圖 3-6 展示了不受控制的 dV/dT 會(huì)導(dǎo)致浪涌電流達(dá)到近 30A，并伴有嚴(yán)重的振鈴。如果未對(duì)電流加以限制，這是給電容器充電的最快方法，但是對(duì)于許多系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這種浪涌電流是不可接受的，并且無(wú)法受到輸入電源軌的支持。

一種選擇是找到一種方法來(lái)限制此電流，同時(shí)不影響系統(tǒng)或?qū)е码娙萜鞒潆姇r(shí)間過(guò)長(zhǎng)。一個(gè)簡(jiǎn)單的解決方案是讓設(shè)計(jì)人員添加一個(gè) 12Ω 的限流電阻器，如圖 3-7 所示。

圖 3-7 串聯(lián)電阻電容器充電原理圖

圖 3-8 串聯(lián)電阻電容器充電仿真

添加 12Ω 限流電阻器會(huì)將峰值電流限制在 2A 以下，但由于該額外 12Ω 電阻上的功率耗散和電壓降，這并不是可行的解決方案。對(duì)于 500mA 直流負(fù)載，這會(huì)在電阻器上增加 3W 額外功率耗散和 6V 壓降。這種熱耗散和電壓降在大多數(shù)應(yīng)用中是不可接受的。

即使是相對(duì)較小的 10μF 負(fù)載，也需要更好的解決方案。對(duì)于更大的容性負(fù)載，這些影響將進(jìn)一步放大。

TI 智能高側(cè)開關(guān)能夠通過(guò)限流對(duì)容性負(fù)載進(jìn)行線性充電，從而限制浪涌電流。為電容器充電時(shí)，智能高側(cè)開關(guān)會(huì)識(shí)別過(guò)流事件并將輸出電流鉗制在可調(diào)的設(shè)定點(diǎn)。圖 3-9 所示為 TPS2H160-Q1 在電流限值為 1A 的情況下為 470μF 電容充電的位置：

圖 3-9 TPS2H160-Q1 在 1A 時(shí)的電流限制

現(xiàn)在，電容器可完全充電，不允許輸出電流超過(guò) 1A，也不會(huì)給系統(tǒng)增加明顯的直流串聯(lián)電阻。由于 FET 在此充電期間升溫，最終會(huì)因?yàn)閮?nèi)部 MOSFET 工作模式之間的高溫轉(zhuǎn)換而出現(xiàn)一些振鈴，但由于瞬態(tài)時(shí)間長(zhǎng)度較短，這不會(huì)使系統(tǒng)面臨風(fēng)險(xiǎn)。TPS2H160-Q1 的導(dǎo)通電阻僅為 160mΩ，因此在相同的 500mA 直流工作電流下，功率損耗和壓降分別只有 40mW 和 80mV 。這些數(shù)值對(duì)于系統(tǒng)來(lái)說(shuō)更容易接受，并且不會(huì)導(dǎo)致模塊內(nèi)部產(chǎn)生不必要的熱量。

如果 1A 的浪涌電流太大，TPS2H160-Q1 可靈活地將電流限值進(jìn)一步降低至 500mA，如圖 3-10 所示。

圖 3-10 TPS2H160-Q1 在 500mA 時(shí)的電流限制

電容器上的電壓以從不超過(guò)設(shè)定電平的恒定電流進(jìn)行線性充電。在考慮限制浪涌電流的合理方案時(shí)應(yīng)了解，TI 智能高側(cè)開關(guān)電流限制功能能夠提供一種平衡型解決方案，允許在驅(qū)動(dòng)電容性負(fù)載的同時(shí)限制浪涌電流。