ZHCU930 December   2022

 

  1.   说明
  2.   资源
  3.   特性
  4.   应用
  5.   5
  6. 1系统说明
    1.     7
    2. 1.1 电动汽车充电站设计挑战
      1. 1.1.1 符合 SAE J1772 或等效标准的电动汽车充电站
      2. 1.1.2 交流和直流泄漏、残余电流检测 (RCD)
      3. 1.1.3 高效继电器和接触器驱动
      4. 1.1.4 接触焊接检测
    3. 1.2 关键系统规格
  7. 2系统概述
    1. 2.1 方框图
    2. 2.2 设计注意事项
      1. 2.2.1 隔离式交流/直流电源设计
        1. 2.2.1.1  输入大容量电容及其最小电压
        2. 2.2.1.2  变压器匝数比、初级电感和初级峰值电流
        3. 2.2.1.3  变压器参数计算：初级和次级 RMS 电流
        4. 2.2.1.4  主开关功率 MOSFET 选择
        5. 2.2.1.5  整流二极管选型
        6. 2.2.1.6  输出电容器选型
        7. 2.2.1.7  VDD 引脚上的电容
        8. 2.2.1.8  开环电压调节与引脚电阻分压器、线路补偿电阻间的关系
        9. 2.2.1.9  反馈元件
        10. 2.2.1.10 备用电源
        11. 2.2.1.11 超级电容器选型
        12. 2.2.1.12 超级电容器充电器设计
      2. 2.2.2 控制引导信号接口
        1. 2.2.2.1 J1772 占空比
          1. 2.2.2.1.1 控制引导信号状态
          2. 2.2.2.1.2 控制引导信号电路
      3. 2.2.3 继电器驱动和焊接检测
      4. 2.2.4 剩余电流检测
        1. 2.2.4.1 自振电路
          1.        37
        2. 2.2.4.2 DRV8220 H 桥
        3. 2.2.4.3 饱和检测电路
        4. 2.2.4.4 由 DFF 控制的 H 桥
        5. 2.2.4.5 滤波器级
        6. 2.2.4.6 差分至单端转换器
        7. 2.2.4.7 低通滤波器
        8. 2.2.4.8 全波整流器
        9. 2.2.4.9 MCU 选择
    3. 2.3 重点产品
      1. 2.3.1  UCC28742
      2. 2.3.2  TLV1805
      3. 2.3.3  DRV8220
      4. 2.3.4  ISO1212
      5. 2.3.5  ADC122S051
      6. 2.3.6  TPS7A39
      7. 2.3.7  TPS7A20
      8. 2.3.8  ATL431
      9. 2.3.9  TL431
      10. 2.3.10 TPS563210A
      11. 2.3.11 TPS55330
      12. 2.3.12 TPS259470
      13. 2.3.13 TL7705A
  8. 3硬件、测试要求和测试结果
    1. 3.1 硬件要求
    2. 3.2 测试要求
      1. 3.2.1 电源测试设置
      2. 3.2.2 焊接检测测试设置
    3. 3.3 测试结果
      1. 3.3.1 基于 UCC28742 的隔离式交流/直流电源
        1. 3.3.1.1 效率和输出电压交叉调节
        2. 3.3.1.2 TPS563210 的效率和输出电压调节
        3. 3.3.1.3 输出电压纹波波形
        4. 3.3.1.4 启动、关断、备用电源和瞬态响应波形
        5. 3.3.1.5 热性能
      2. 3.3.2 基于 TLV1805 的控制引导界面
        1. 3.3.2.1 TLV1805 输出上升和下降时间
        2. 3.3.2.2 不同状态下的控制引导信号电压精度
      3. 3.3.3 基于 DRV8220 的继电器和插头锁定驱动器
      4. 3.3.4 基于 ISO1212 的隔离式线路电压检测
  9. 4设计和文档支持
    1. 4.1 设计文件
      1. 4.1.1 原理图
      2. 4.1.2 物料清单
    2. 4.2 文档支持
    3. 4.3 支持资源
    4. 4.4 商标
  10. 5作者简介

2.2.1.11 超级电容器选型

超级电容器在交流输入意外断开时为 12V 和 5V 电源轨 (AM62 SOM) 供电，以关闭主继电器并解锁插头。假设初始规格为持续时间 1s。

  • 12V 电源轨：峰值电流为 1.8A，持续 200ms（解锁插头和关闭继电器）
  • 12V 电源轨：平均电流 1.8A × 0.2s + 0.1A × 0.8s = 0.44A
  • 5V 电源轨：平均电流为 0.275A，持续 1s

超级电容器所需的总峰值功率 PPK_SC：

Equation48. PPK_SC = (V12Vp × IPK_1 + V5V × IPK_2 / ηBUCK) / ηBOOST
Equation49. PPK_SC = (12V × 1.8A + 5V × 0.275A/0.9)/0.85 = 27.2W

总峰值功率为 27.2W，持续 200ms，或者峰值电流约为 3.5A（即 27.2W/7.8V）。超级电容器所需的总平均功率 PAVE_SC：

Equation50. PAVE_SC = (V12Vp × IAVE_1 + V5V × IAVE_2 / ηBUCK) / ηBOOST
Equation51. PAVE_SC = (12V × 0.44A + 5V × 0.275A / 0.9) / 0.85 = 8W（即 1s 内 8J）

假设超级电容器充电至 7.8V，然后放电至 4.3V（即 TPS55330 升压转换器的 UVLO）：

Equation52. CMIN_SERIES= 2 × (E) / ((V2)2 – (V1)2) = 2 × (8J) / ((7.8V)2 – (4.3V)2) = 0.3778F。
Equation53. CMIN = 2 × CMIN_SERIES = 0.76F（持续 1s）

其中

  • CMIN_SERIES 是最小等效串联电容
  • CMIN 是最小单个电容

现在，对于 3s，我们需要 CMIN = 3 × 0.76 = 2.28F。

本参考设计选择了两个支持高达 47.5W 和 4A 峰值的 2.5F 串联电容。

请注意，TL7705 电压监控器会监控在 7.49V 稍低电压下的充电完成情况。可用的超级电容器能量为 7.49V 至 4.3V、ESC_7p5：

Equation54. ESC_7p5 = 0.5 × C × (V12 – V22) = 0.5 × 1.25F × (7.492 – 4.32) = 23.5J

考虑升压效率后的可用能量 ESC_7p5_BOOST：

Equation55. ESC_7p5_BOOST = ESC_7p5 × ηBOOST = 23.5J × 0.85 = 20J

3s 期间的可用功率 PSC_7p5：

Equation56. PSC_7p5 = ESC_7p5_BOOST / 时间 = 20J / 3s = 6.65W

超级电容器的可用能量为 7.8V 至 4.3V，ESC_7p8：

Equation57. ESC_7p8 = 0.5 × C × (V12 – V22) = 0.5 × 1.25F × (7.82 – 4.32) = 26.5J

考虑升压效率后的可用能量 ESC_7p8_BOOST：

Equation58. ESC_7p8_BOOST = ESC_7p8 × ηBOOST = 26.5J × 0.85 = 22.5J

3s 期间的可用功率 PSC_7p8：

Equation59. PSC_7p8 = ESC_7p8_BOOST / 时间 = 22.5J / 3s = 7.5W