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ZHCSVG8A October 2024 – June 2025 TPSI31P1-Q1

PRODUCTION DATA

7.2.2 详细设计过程

电池电压 (V_BAT)、链路电容 (C_{DC_LINK}) 以及目标预充电时间决定了所需的平均充电电流 (I_AVG)。这可通过如下公式进行计算：

方程式 1.

I_{A V G} \geq \frac{C_{D C_{L I N K}} \times V_{B A T}}{t_{C H A R G E}} = \frac{2 m F \times 800 V}{350 m s} = 4.57 A

平均电流定义为：

方程式 2.

I_{A V G} = \frac{I_{P E A K} + I_{M I N}}{2}

峰值电流 I_peak 表示流经电感器的最大电流，定义为：

方程式 3.

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

同样，最小电流 I_min 表示流经电感器的最小电流，定义为：

方程式 4.

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

因此，要确定正确设置电感器电流所需的分流电阻器 R_SENSE，使用以下公式：

方程式 5.

R_{S E N S E} \leq \frac{{V_{R E F +} + V}_{R E F -}}{2 I_{A V G}} = \frac{1.23 V + 0.16 V}{2 \times 4.57 A} \leq 152 m Ω

在此设计中，所选的 R_SENSE 为 140mΩ。

峰值电感器电流的计算公式如下：

方程式 6.

I_{P E A K} = \frac{1.23 V}{140 m Ω} = 8.79 A

最小电感器电流的计算公式如下：

方程式 7.

I_{M I N} = \frac{0.16 V}{140 m Ω} = 1.14 A

平均电感器电流的计算公式如下：

方程式 8.

I_{A V G} = \frac{I_{P E A K} + I_{M I N}}{2} = \frac{8.79 A + 1.14 A}{2} = 4.965 A

在预充电期间，由于迟滞控制，FET 的开关频率随着链路电容上的电压从完全放电增加到完全预充电而随时间变化。当链路电容上的电压达到其中点值 V_BAT/2时，会出现最大开关频率 f_{SW_MAX_FET}。这种情况发生在总预充电时间的一半时。

TPSI31P1-Q1 的最小功率传输限制为 55mW。由于 FET 在预充电期间切换，因此在每个切换周期中，FET 的总栅极电荷必须完全充电和放电。此最小功率传输限制了 TPSI31P1-Q1 可开关 FET 的最大频率。所选 FET 的总栅极电荷 Q_TOTAL 为 14nC。假设 V_GS = 15V，为确保 FET 得到全面增强，最大开关频率为：

方程式 9.

f_{S W M A X F E T} = \frac{P}{V_{G S} \times Q_{T O T A L}} = \frac{55 m W}{15 V \times 14 n C} = 261.9 k H z

基于最大开关频率，可计算最小电感 L_MIN：

方程式 10.

L_{M I N} \geq \frac{800 V}{4 \times 261.9 k H z \times (8.79 A - 1.14 A)} \geq 100 μ H

对于该设计，选择了 100μH 的电感器值。务必选择可支持所需平均和峰值电流的电感器。较高的电感器和纹波电流值会降低开关频率和功率要求。