ZHCU930A December   2022  – December 2025

 

  1.   1
  2.   说明
  3.   资源
  4.   特性
  5.   应用
  6.   6
  7. 1系统说明
    1.     8
    2. 1.1 电动汽车充电站设计挑战
      1. 1.1.1 高效继电器和接触器驱动
      2. 1.1.2 接触焊接检测
    3. 1.2 主要系统规格
  8. 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 继电器驱动和焊接检测
    3. 2.3 重点产品
      1. 2.3.1 UCC28742
      2. 2.3.2 DRV8220
      3. 2.3.3 ATL431
      4. 2.3.4 TL431
      5. 2.3.5 TPS55330
      6. 2.3.6 TPS259470
      7. 2.3.7 TL7705A
  9. 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 输出电压纹波波形
        3. 3.3.1.3 启动、关断、备用电源和瞬态响应波形
        4. 3.3.1.4 热性能
      2. 3.3.2 基于 DRV8220 的继电器驱动器
      3. 3.3.3 隔离式线路电压检测
  10. 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
  11. 5作者简介
  12. 6修订历史记录

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 (TIDA-010939) 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：

方程式 48. PPK_SC = (V12Vp × IPK_1 + V5V × IPK_2 / ηBUCK) / ηBOOST
方程式 49. PPK_SC = (12 V × 1.8 A + 5 V × 0.275 A / 0.9) / 0.85 = 27.2 W

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：

方程式 50. PAVE_SC = (V12Vp × IAVE_1 + V5V × IAVE_2 / ηBUCK) / ηBOOST
方程式 51. PAVE_SC = (12 V × 0.44 A + 5 V × 0.275 A / 0.9) / 0.85 = 8 W (that is, 8 J in 1 s)

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）：

方程式 52. CMIN_SERIES = 2 × (E) / ((V2)2 – (V1)2) = 2 × (8 J) / ((7.8 V)2 – (4.3 V)2) = 0.3778 F
方程式 53. CMIN = 2 × CMIN_SERIES = 0.76 F (for 1 s)

其中

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

此时，如需维持 3 秒，则需要 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。

TL7705 电压监控器会监控在略低于 7.49V 的电压下的充电完成情况。7.49V 至 4.3V 区间的可用超级电容器能量 ESC_7p5：

方程式 54. ESC_7p5 = 0.5 × C × (V12 – V22) = 0.5 × 1.25 F × (7.492 – 4.32) = 23.5 J

考虑升压效率后的可用能量 ESC_7p5_BOOST：

方程式 55. ESC_7p5_BOOST = ESC_7p5 × ηBOOST = 23.5 J × 0.85 = 20 J

3s 期间的可用功率 PSC_7p5：

方程式 56. PSC_7p5 = ESC_7p5_BOOST / time = 20 J / 3 s = 6.65 W

超级电容器的可用能量为 7.8V 至 4.3V，ESC_7p8：

方程式 57. ESC_7p8 = 0.5 × C × (V12 – V22) = 0.5 × 1.25 F × (7.82 – 4.32) = 26.5 J

考虑升压效率后的可用能量 ESC_7p8_BOOST：

方程式 58. ESC_7p8_BOOST = ESC_7p8 × ηBOOST = 26.5 J × 0.85 = 22.5 J

3s 期间的可用功率 PSC_7p8：

方程式 59. PSC_7p8 = ESC_7p8_BOOST / time = 22.5 J / 3 s = 7.5 W