ZHDA309 September   2026 TPS61383-Q1

 

  1.   1
  2.   摘要
  3.   商标
  4. 1简介
  5. 2设计要求和系统结构
    1. 2.1 设计要求
    2. 2.2 系统结构
      1. 2.2.1 集中式电子锁存器系统
      2. 2.2.2 分布式电子锁存器系统
  6. 3动力总成
    1. 3.1 使用 TPS61383-Q1 的集成电子锁存器动力总成
      1. 3.1.1 超级电容器充电器功能简介
      2. 3.1.2 升压功能简介
      3. 3.1.3 超级电容器泄放
    2. 3.2 硬件设计流程
      1. 3.2.1 选择外部 MOSFET
      2. 3.2.2 电感器选型
      3. 3.2.3 超级电容器侧的电容器
      4. 3.2.4 升压输出电容器
      5. 3.2.5 环路补偿设计
      6. 3.2.6 关键注意事项
    3. 3.3 软件初始编程流程
  7. 4超级电容器能量建模基础与选型
    1. 4.1 放电曲线和截止电压
    2. 4.2 超级电容器放电能量建模
    3. 4.3 计算示例
    4. 4.4 超级电容器 Excel 计算工具
  8. 5超级电容器管理
    1. 5.1 使用 BQ76907-Q1 进行电压监测
    2. 5.2 使用 BQ76907-Q1 进行电芯均衡
      1. 5.2.1 均衡策略
      2. 5.2.2 I2C 实施
      3. 5.2.3 电芯均衡电流
      4. 5.2.4 低侧保护电路设计注意事项
    3. 5.3 超级电容器健康状态检测：TPS61383-Q1 和 BQ76907-Q1 组合解决方案
  9. 6控制单元和通信
    1. 6.1 控制单元设计注意事项
    2. 6.2 SBC 选择
  10. 7执行单元
    1. 7.1 电机驱动器结构
    2. 7.2 电机驱动器设计注意事项
  11. 8总结
  12. 9参考资料

4.1 放电曲线和截止电压

在升压放电模式下，升压转换器 (TPS61383-Q1) 从该电容器获取能量，并向负载提供稳定的输出电压。当超级电容器放电时，端子电压下降，直至达到系统截止电压。放电的能量取决于放电前后的电压差，但实际放电截止电压并不只是转换器的最小输入额定值；它受三个相互依赖的因素限制：

  • 升压转换器电流限制

随着超级电容器在放电期间电压下降，超级电容器电流会增加。TPS61383-Q1 采用输入平均电流限制。如果超级电容器电流超过电流限制 ILIM，则电流无法增加，VOUT 无法维持。升压电流限制允许的最小电压 VIN_MIN 的计算公式如下：

方程式 9. V I N _ M I N = V O U T   I O U T η B S T   I L I M
其中 ηBST 是升压转换器的效率。

考虑到超级电容器 ESR 上的 IR 压降，升压电流限制允许的最小 VSCAP（超级电容器内的电压）的计算公式为：

方程式 10. V S C A P _ M I N = P O U T η B S T I L I M + I L I M R S C A P
  • 超级电容器等效串联电阻 (ESR)

随着超级电容器电压下降和电容器电流增加，内部电阻上的 IR 压降增加，从而使超级电容器电压进一步降低。这种正反馈会极大地影响截止电压，并通常导致放电能量远低于预期。必须建立等效模型来计算 ESR 允许的最小电压 VIN_MIN：

等效型号图 4-1 等效型号

如果 Vout 得到正确调节且 Iout 恒定，则整个直流/直流转换器可等效为恒定功率负载。等效电阻 RIN 由 方程式 11 给出：

方程式 11. ( V S C A P R S C A P + R I N ) 2 R I N = P O U T
因此，RIN 由 方程式 12 给出
方程式 12. R I N = V S C A P 2 − 2 R S C A P P O U T + V S C A P 2 ( V S C A P 2 − 4 R S C A P P O U T ) 2 P O U T
随着放电过程中 VSCAP 下降，RIN 也会快速下降。在等效电路中，当 RIN = RSCAP 时，超级电容器可以达到最大输出功率。因此，当超级电容器放电并且 RIN 降至 RIN < RSCAP 时，直流/直流转换器无法通过增加电流（即使存在理想的直流/直流转换器）来输出足够的功率，Vout 会崩溃。

超级电容器放电图 4-2 超级电容器放电.

受超级电容器 ESR 限制的最小允许电压由以下公式给出：

方程式 13. V S C A P _ M I N = 2 P O U T R S C A P
  • 升压欠压锁定 (UVLO)
当然，升压转换器具有欠压锁定功能，可保护器件免受输入欠压的影响。TPS61383-Q1 支持低至 0.5V 的 UVLO 阈值，以支持超级电容器完全放电。因此，在大多数情况下，UVLO 阈值不会限制截止电压

在实际运行中，这三个相互依存的因素都会导致升压关断。因此，截止电压可由 方程式 14 给出：

方程式 14. V C U T _ O F F = M A X ( P O U T η B S T I L I M + I L I M R S C A P , 2 P O U T R S C A P )