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ZHCAFU7 October 2025 TPSI31P1-Q1

3.2 有源預充電控制器

TPSI31P1-Q1 是一款具有 17V 隔離式柵極驅動器和偏置電源的有源預充電控制器。它與外部電源開關、功率電感器和二極管相結合，可構成一種有源預充電設計。與 TPSI3050-Q1 相比，TPSI31P1-Q1 包含兩個專為預充電應用設計的附加功能。

在磁滯運行模式下持續(xù)監(jiān)測和控制電感器電流，以對直流母線電容器的大電容進行線性充電。
此設計集成了一個通信反向通道，可將狀態(tài)信息從次級側傳輸?shù)匠跫墏纫灾甘敬渭墏鹊碾娫礌顟B(tài)。

圖 3-2 展示了此應用的方框圖。TPSI31P1-Q1 通過來自微控制器的 EN 輸入接收控制信號。外部功率電感器 (L1) 連同功率二極管 (D1) 和功率 FET (M1) 一起構成降壓轉換器。M2 表示用于實現(xiàn)反向阻斷功能的可選 MOSFET。分流電阻器有助于通過測量 IS+ 引腳上的電壓以監(jiān)測 L1 中的電流。

圖 3-2 應用中的 TPSI31P1-Q1 方框圖

主要運行特性在于降壓轉換器配置。當 IS+ 降至低于 VREF- 時，VDRV 被置為高電平以激活 M1，啟動降壓轉換器的儲能周期。當 IS+ 超過 VREF+ 時，VDRV 被置為低電平以停用 M1，開始降壓轉換器的電力傳輸周期。此過程在整個預充電周期中持續(xù)進行，以調節(jié)充電電流。

假設 HV 電池為 800V、直流母線電容為 1000uF、預充電時間要求為 150ms。平均充電電流的計算公式如下：

方程式 6.

I_{A V G} \geq \frac{C \times V_{B A T}}{t} = 5.33 A

可以計算出設置電感器電流所需的分流電阻：

方程式 7.

R_{S N S} \leq \frac{V_{R E F +} + V_{R E F -}}{2 \times I_{A V G}} = 130 m Ω

最大電感器電流為：

方程式 8.

I_{P E A K} = \frac{V_{R E F +}}{R_{S N S}} = 9.46 A

最小電感器電流為：

方程式 9.

I_{M I N} = \frac{V_{R E F -}}{R_{S N S}} = 1.23 A

當母線電容兩端的電壓達到中點值時，達到最大開關頻率，中點值可由 TPSI31P1 的最小電力傳輸能力、FET 的總柵極電荷和柵源電壓確定。假設 P = 55mW、Vgs=15V、Qg = 14nC，則最大開關頻率為：

方程式 10.

f_{M A X} = \frac{P}{V_{gs} \times Q_{g}} = 261.9 k H z

基于最大開關頻率，可計算出最小電感：

方程式 11.

L_{M I N} \geq \frac{V_{B A T}}{4 \times f_{M A X} \times (I_{P E A K} - I_{M I N})} = 92.8 μ H

因此，可以選擇 100uH 的電感值。C_DIV1 和 C_DIV2 電容器取決于 VDDH 壓降要求。例如，C_DIV1 和 C_DIV2 串聯(lián)組合形成的總電容必須使得 VDDH 電源軌出現(xiàn) 0.5V 的壓降：

方程式 12.

C_{D I V 1} ∥ C_{D I V 2} \geq \frac{Q_{G}}{? V} = 28 n F

為了進一步降低壓降，可以選擇電容 C_DIV1 = 330nF、C_DIV2 = 1μF。

TPSI31P1-Q1 包含一個運用了這些公式的計算器，會生成預期的充電波形。如需了解更多詳情，請參閱 TPSI31P1-CALC。