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

2.2.1.2 变压器匝数比、初级电感和初级峰值电流

满载条件下的最大目标开关频率、最小输入大容量电容电压和估算的 DCM 谐振时间决定着变压器的最大初级/次级匝数比。首先，根据目标开关频率 (fMAX) 和 DCM 谐振时间 (tR) 来确定最大可用导通时间占空比和次级导通时间。

在 DCM 的转换模式操作限制中，从次级电流导通结束到 VDS 第一个谷底的时间间隔为 DCM 谐振周期 (tR) 的一半；如果假定谐振频率为 500kHz，则为 1μs。允许的最大 MOSFET 导通时间 DMAX 使用Equation4 来确定。

Equation47. D M A X = 1 - D M A G C C - t R 2 × f M A X = 1 - 0.475 - 38   k H z × 2   µ s 2 = 0.485

其中

  • tR 为开关节点处 LC 谐振频率的周期估算值
  • DMAGCC 定义为 CC 操作期间的次级二极管导通占空比，由 UCC28742 器件从内部设定为固定值 0.475。

当 DMAX 已知时，最大初级/次级匝数比由Equation5 确定。必须确定次级绕组上的总电压，即 VOCV 和 VF 之和。

Equation30. N P S ( m a x ) = D M A X × V B U L K _ V A L L E Y D M A G C C × V O C V + V F

假设 VF = 0.8V：

Equation6. N P S ( m a x ) =   0.485 × 90.7 V 0.475 × 12 V + 0.8 V = 7.24
Equation7. N P S ( s e l e c t e d ) =   7

较高的匝数比通常会提高效率，但可能会限制低输入电压下的操作。变压器设计迭代通常是评估系统级性能权衡所必需的。

变压器一次侧电感使用反激变压器的标准储能公式来计算。Equation8 中包含初级电流、最大开关频率、目标输出电压和电流以及变压器功率损耗。

Equation8. L P = 2 × V O C V + V F × I O C C ŋ X F M R × I 2 P P ( m a x ) × f M A X =   627.7   μ H
Equation9. L P ( s e l e c t e d ) = 700   μ H

UCC28742 CC 调节通过将 DMAGCC 维持在最大初级峰值电流设置来实现。DMAGCC 与 VCST(max) 之积定义了一个 CC 调节电压系数 VCCR，该系数与 NPS 一起用于确定实现 CC 调节目标 IOCC 所需的电流检测电阻值（请参阅Equation10）。

Equation10. R C S =   V C C R × N P S 2 × I O C C × ŋ X F M R
Equation11. R C S =   0.363 V × 7 2 × 2.2 A) × 0.9 = 0.547   Ω
Equation12. R C S ( s e l e c t e d ) =   0.5   Ω

其中

Equation13. I P P ( m a x ) = V C S T ( m a x ) R C S = 0.83 V 0.5 Ω = 1.66   A
Equation14. I P P ( n o m ) = V C S T ( n o m ) R C S = 0.77 V 0.5 Ω = 1.54 A

NAS 取决于 CC 调节期间的最低目标工作输出电压和 UCC28742 器件的 VDD UVLO 关断阈值。变压器漏电感会向 VDD 提供额外电能，从而允许在许多设计中使用较小的匝数比。

Equation15. N A S = V D D ( o f f ) + V F A V O C C + V F = 8.15 V + 0.8 V 5 V + 0.8 V = 1.54

其中

  • VDD(off) 为 UCC28742 关断阈值（来自数据表）
  • VOCC 是恒流调节期间转换器的最低输出电压目标
  • VFA 是反激级辅助侧整流器二极管上的压降
Equation16. N A S ( s e l e c t e d ) =   1.455

这表示：

Equation17. N P A ( s e l e c t e d ) = 4.8 1

由于 ±14V 电源轨不是稳压电源轨，因此匝数比决定其输出电压：

Equation18. N P T = N P S ( V O V 14 + V F ) / ( V O C V + V F ) = 7 ( 14 V + 0.8 V ) / ( 12 V + 0.8 V )   = 6.05  
Equation19. N P T ( s e l e c t e d ) = 5.92