電流檢測電阻 R_SNS 的選型

基于 I²t 的過流保護(hù)閾值電壓 V_{(SNS_OCP)} 建議范圍可從 6mV 擴(kuò)展至 200mV。接近下限閾值 6mV 的值可能會受到系統(tǒng)噪聲的影響。接近上限閾值 200mV 的值可能會導(dǎo)致電流檢測電阻中產(chǎn)生高功率耗散。為了最大限度解決這兩個問題，應(yīng)選擇 20mV 作為 I²t 保護(hù)啟動閾值電壓?？梢允褂靡韵鹿接嬎汶娏鳈z測電阻 R_SNS：

若 I²t 保護(hù)啟動閾值為 40A (I_OC)，則 R_SNS 計算結(jié)果為 0.5mΩ，

可以并聯(lián)使用兩個 1mΩ 1% 檢測電阻。

選擇 IMON 調(diào)節(jié)電阻 R_SET

R_SET 是在 VS 或輸入電源與 CS1+ 引腳之間連接的電阻。該電阻可調(diào)節(jié)基于 I²t 的過流保護(hù)閾值電壓，并與 R_IOC、C_I2t 上的充電電流和 R_IMON 協(xié)調(diào)配合，以確定 I²t 曲線和電流監(jiān)測輸出。

根據(jù)以下公式，I²t 引腳上的最大電流可以基于短路保護(hù) (I_SC) 閾值計算：

其中，比例因數(shù) K 可以根據(jù)以下公式計算：

需要調(diào)整 R_SET，以便 I_{I2t_MAX} 始終小于 100μA。R_SET 建議范圍為 100Ω 至 500Ω。

在本設(shè)計示例中，為 R_SET 選擇 300Ω 1%，使 I_{2t_MAX} 小于 100μA。

選擇電流監(jiān)測電阻 R_IMON

IMON 引腳上的電壓 V_(IMON) 與輸出負(fù)載電流成比例。它可以連接到下游系統(tǒng)的 ADC，用于監(jiān)測系統(tǒng)的運行狀況和健康狀態(tài)。必須根據(jù)最大負(fù)載電流和所用 ADC 的輸入電壓范圍，選擇 R_IMON。R_IMON 通過以下公式設(shè)置：

其中，V_SNS = I_{OC_MAX} × R_SNS，V_{(OS_SET)} 是電流檢測放大器的輸入基準(zhǔn)的失調(diào)電壓 (±150μV)。若 I_{OC_MAX} = 120A 且考慮 ADC 的工作范圍為 0V 至 3.3V（例如，V_(IMON) = 3.3V），則 R_IMON 計算結(jié)果為 18.33kΩ。

通過為 R_IMON 選擇小于方程式 22 所示的值，可確保負(fù)載電流最大值不超過 ADC 限值。選擇最接近的可用標(biāo)準(zhǔn)值：18.2kΩ，1%

選擇主路徑 MOSFET Q1 和 Q2

選擇 MOSFET Q1 和 Q2 時，重要的電氣參數(shù)為最大持續(xù)漏極電流 ID、最大漏源電壓 V_DS(MAX)、最大柵源電壓 V_GS(MAX) 以及漏源導(dǎo)通電阻 R_DS(ON)。最大持續(xù)漏極電流 (ID) 額定值必須超過最大持續(xù)負(fù)載電流。最大漏源電壓 V_DS(MAX) 必須足夠高，以便承受應(yīng)用中所見的最高電壓。考慮負(fù)載突降導(dǎo)致最高應(yīng)用電壓為 35V，因此該應(yīng)用選擇 VDS 額定電壓為 40V 的 MOSFET。

TPS1214-Q1 可驅(qū)動的最大 VGS 為 12V，因此必須選擇 VGS 最小額定值為 15V 的 MOSFET。

為了降低 MOSFET 導(dǎo)通損耗，建議選擇合適的 R_DS(ON)。根據(jù)設(shè)計要求，選擇的是兩個 BUK7J1R4-40H，其電壓等級為：

• 40V V_DS(MAX) 和 ±20V V_GS(MAX)
• 在 10V VGS 下，R_DS(ON) 的典型值為 1.06mΩ
• MOSFET Qg(total) 的典型值為 73nC

TI 建議確保短路條件（如 V_{BATT_MAX} 和 I_SC）處于所選 FET（Q1 和 Q2）的 SOA 范圍內(nèi)，確保大于 t_SC（最大 5μs）定時。

選擇自舉電容器 C_BST

內(nèi)部電荷泵以大約 600μA 的電流為外部自舉電容器（連接在 BST 和 SRC 引腳之間）充電。使用以下公式，計算驅(qū)動兩個并聯(lián) BUK7J1R4-40H MOSFET 所需的自舉電容最小值。

選擇最接近的可用標(biāo)準(zhǔn)值：150nF，10%。

I²T 曲線編程，R_IOC 和 C_I2t 選擇

R_IOC 用于設(shè)置 I²T 保護(hù)啟動閾值，該值可使用以下公式計算：

其中，比例因數(shù) K 可以根據(jù)以下公式計算：

若要將 I²T 保護(hù)啟動閾值設(shè)置為 40A，則 R_IOC 值計算結(jié)果為 23kΩ。

選擇最接近的可用標(biāo)準(zhǔn)值：23k?，1%。

在最大過流限值 (I_{OC_MAX}) 下關(guān)斷柵極驅(qū)動所需的時間可使用以下公式確定：

若要將 I²T 因數(shù)設(shè)置為 3000A²s，則 t_{OC_MIN} 值計算結(jié)果為 208ms。

使用方程式 27 可計算所需的 C_I2t 值：

若要將 I²T 因數(shù)設(shè)置為 3000A²s，將 I²T 啟動閾值設(shè)置為 40A 且最大過電流設(shè)置為 120A，則 C_I2t 計算結(jié)果為約 880nF。

選擇最接近的可用標(biāo)準(zhǔn)值：1μF，10%。

短路保護(hù)閾值編程，R_ISCP 選擇

R_ISCP 用于設(shè)置短路保護(hù)閾值，該值可使用以下公式計算：

若要將短路保護(hù)閾值設(shè)置為 130A，則兩個并聯(lián) FET 的 R_ISCP 值計算結(jié)果為 2.53kΩ。選擇最接近的可用標(biāo)準(zhǔn)值：2.55k?，1%。

故障計時器周期編程，C_TMR 選擇

就正在討論的設(shè)計示例而言，可以通過選擇從 TMR 引腳到接地的合適電容器 C_TMR，設(shè)置自動重試時間 t_RETRY。使用以下公式可計算 C_TMR 的值以便將 t_RETRY 設(shè)置為 1ms：

若要將自動重試時間設(shè)置為 1000ms，則 C_TMR 值計算結(jié)果為 39.06nF。

選擇最接近的可用標(biāo)準(zhǔn)值：47nF，10%。

負(fù)載喚醒閾值編程，R_BYPASS 和 Q3 選擇

在正常運行期間，電阻 R_BYPASS 與旁路 FET R_DSON 一起用于設(shè)置負(fù)載喚醒電流閾值。選擇 MOSFET Q3 時，重要的電氣參數(shù)為最大持續(xù)漏極電流 ID、最大漏源電壓 V_DS(MAX)、最大柵源電壓 V_GS(MAX) 以及漏源導(dǎo)通電阻 R_DS(ON)。

根據(jù)設(shè)計要求，選擇的是 BUK6D23-40E，其電壓等級為：

• 40V V_DS(MAX) 和 ±20V V_GS(MAX)
• 在 10V VGS 下，R_DS(ON) 的典型值為 17mΩ
• MOSFET Q_g(total) 的典型值為 11nC
• MOSFET V_GS(th) 的最小值為 1.3V
• MOSFET C_ISS 的典型值為 582pF

設(shè)置欠壓鎖定設(shè)定點，R3 和 R4

通過連接在器件 VS、EN/UVLO 和 GND 引腳之間的 R3 和 R4 外部分壓器網(wǎng)絡(luò)可調(diào)整欠壓鎖定 (UVLO)。設(shè)置欠壓和過壓所需的值通過求解以下公式計算得出：

為了盡可能降低從電源汲取的輸入電流，TI 建議對 R3 和 R4 使用較高的電阻值。但是，由于連接到電阻器串的外部有源元件而產(chǎn)生的漏電流會增加這些計算的誤差。因此，選擇的電阻串電流 I_(R34) 必須比 UVLO 引腳的漏電流大 20 倍。

根據(jù)器件電氣規(guī)范，V_(UVLOR) = 1.2V。根據(jù)設(shè)計要求，V_INUVLO 為= 6.5V。為了求解該公式，首先選擇 R3 = 470kΩ 值，然后使用方程式 30 求解 R4 = 107.5kΩ。

選擇最接近的標(biāo)準(zhǔn) 1% 電阻值：R3 = 470k?，R4 = 107k?。