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ZHDA048 January 2026 AMC3330-Q1 , INA148-Q1 , TPS61170-Q1 , TPSI2240-Q1

2.3 辅助电源

根据图 1-2 中的等效电路，系统电阻可以通过检测到的电压 V_in(DC) 计算，如方程式 1 和方程式 2 所述。偏置电源的值主要影响绝缘监测中 ADC 读数的分辨率。未发生绝缘故障时，R_{iso_NOR} 处于 10MΩ 以上的水平；R_{iso_NOR} 大于 R_in。系统等效电阻和检测到的电压可以表示为：

方程式 17.

\begin{matrix} R_{s y s_{N O R}} = 0.5 \times {R_{s t} + 0.5 \times R}_{i s o_{N O R}} \end{matrix}

方程式 18.

\begin{matrix} V_{i n {(D C)}_{N O R}} = \frac{R_{i n}}{R_{s y s_{N O R}} + R_{i n}} \times V_{D C} ≅ \frac{{2 \times R}_{i n}}{{R_{s t} + R}_{i s o_{N O R}}} \times V_{D C} \end{matrix}

当相线或中性线发生单次绝缘故障时，R_iso 降低至 110kΩ 的绝缘故障阈值；R_isoFLT 小于 R_{iso_NOR}。系统等效电阻和检测到的电压可以表示为：

方程式 19.

\begin{matrix} R_{s y s_{F L T}} ≅ 0.5 \times {R_{s t} + R}_{i s o_{F L T}} \end{matrix}

方程式 20.

\begin{matrix} V_{i n {(D C)}_{F L T}} = \frac{R_{i n}}{R_{s y s_{F L T}} + R_{i n}} \times V_{D C} ≅ \frac{R_{i n}}{{0.5 \times R}_{s t} + R_{i s o_{F L T}}} \times V_{D C} \end{matrix}

因此，在绝缘故障和正常条件下，检测到的电压之差可以表示为：

方程式 21.

\begin{matrix} ∆ V_{i n (D C)} = V_{i n {(D C)}_{F L T}} - V_{i n {(D C)}_{N O R}} = R_{i n} \times V_{D C} \times (\frac{1}{{0.5 \times R}_{s t} + R_{i s o_{F L T}}} - \frac{2}{R_{s t} + R_{i s o_{N O R}}}) \end{matrix}

为了在绝缘监测中实现超高分辨率，必须尽可能增大在故障条件和正常条件下检测到的电压之差，这意味着必须尽可能增大 ΔV_in(DC)。

根据前面的分析，开关电阻值越小，开关对 Y 电容器精度的影响就越小。根据方程式 13，当 V_AC 为 310V 时，假设总等效接通电阻处于最小值以提高精度，则可以计算不同 V_DC 值下的 R_in 和 R_st 值，如表 2-2 中所述。

表 2-2 不同直流偏置电压下的接通电阻值

V_DC	1 / r	R_in	R_st	ΔV_in(DC) （从 R_{iso_NOR} = 10MΩ 到 R_{iso_FLT} = 110kΩ 的非对称绝缘故障）
12V	194.2	8.2kΩ	1585kΩ	92mV
24V	201.4	7.9kΩ	1584kΩ	177mV
40V	211.1	7.5kΩ	1580kΩ	282mV
80V	236.0	6.7kΩ	1574kΩ	505mV

对于相同的 VDC，表 2-2 显示了 1 / r 的最小值，即 R_in 的最大值。如果 1 / r 继续下降，则检测到的电压范围会超过 3.3V。

根据表 2-2，在不同的 V_DC 值下，R_st 的值几乎相同，而 V_DC 越大，V_DC × R_in 的值越大。根据方程式 21，V_DC 越高，ΔV_in(DC) 越高，可以更有效地将绝缘故障与正常条件区分开来。

根据低压系统的安全要求，低压侧的电压不能过高，因此最终选择 40V 作为直流偏置电源电压。如果低压电池的额定电压为 48V，则可以直接从低压电池获取该直流辅助电源电压。如果低压电池的额定电压为 12V，则通常需要使用升压电路来产生 40V 电压。

此直流电源提供的峰值瞬态电流如下所示：

方程式 22.

\begin{matrix} I_{p e a k} = \frac{V_{D C}}{0.5 \times R_{s t} + R_{i n}} \end{matrix}

根据表 2-2 中的 V_DC 值参数 40V，计算出的 I_peak 小于 1mA，因此 IMD 电路对 VDC 的电流容量没有很高的要求。

OBC 和 HVLV 直流/直流系统的偏置电源通常包括反激式转换器。生成 40V VDC 的最简单方法是通过实现一个额外绕组来利用反激式拓扑，LM5155-Q1 器件是 OBC 偏置电源中的常见反激式控制器类型。有关偏置电源架构的更多详细信息，请参阅参考资料 [3] 和 [4]。考虑到反激式的交叉调节，绕组输出需要 LDO 或突降负载。

另一种实现方法是通过升压转换器。TI 提供的 TPS61170‑Q1 升压转换器在 1.2MHz 电压下运行，可提供高达 38V 的电压，并且即使在轻负载下也能保持良好的效率；这使得该器件可用作为 IMD 电路生成稳定 VDC 潜在选项。有关此元件的更多详细信息，请参阅参考资料 [3] 和 [5]。

电荷泵也可用于生成 VDC，并可由 TLC555-Q1 器件实现。由于方波输出在电源电压和 GND 之间切换，加上几乎没有额外的电容器和二极管，因此 TLC555-Q1 器件非常适合生成倍压器。有关如何使用 TLC555-Q1 器件提升电压的更多详细信息，请参阅参考资料 [6]。