4 自動 PWM 式電容器充電

如 圖 5 中所示，PCB 中的高壓側驅動器輸出會透過從 1 公尺到數公尺不等的冗長纜線連接至遠端 ECU。例如，50A 電線 (8AWG) 線束的特性為每公尺 2mΩ 和每公尺 1.5µH。D1 二極體是屬於系統設計的一部分，可為纜線線束電感電流提供續流路徑。高壓側驅動器具有強大的閘極驅動輸出，可與短路 (<1µs) 開啟和關閉時間平行驅動 FET，以提供過電流與短路保護。纜線寄生、D1 二極體與高壓側 MOSFET 構成了典型的降壓穩壓器配置。

在啟動期間，未充電的輸出電容器會消耗突波電流，並在突波電流達到短路保護閾值 (I_SCP) 時觸發短路事件。高壓側驅動器會關閉電源路徑，並在重試期間後重新起始開啟 (T_AUTO-RETRY)。此程序會持續到輸出電容充滿電為止，如 圖 6 中所示，隨後高壓側驅動器會進入正常運作並驅動負載。

圖 5 使用高壓側驅動器進行脈衝寬度調變 (PWM) 充電的電路表示。

圖 6 啟動期間的 PWM 充電方法概念波形。

圖 7 說明了控制操作。我們可以看到此方法有兩個變數，也就是 I_SCP 和 T_AUTO-RETRY，其需要根據輸入電壓 (V_IN)、負載電容和所需充電時間，針對高壓側驅動器進行設定。較高的 I_SCP 閾值或較短的 T_AUTO-RETRY 延遲可加快輸出充電速度，讓解決方案可通用於任何負載電容值。

圖 7 PWM 充電控制方法的流程圖。

此解決方案運用典型高壓側驅動器系統 (纜線線束電感與 D1 二極體) 中現有的可用固定空間，並透過在切換模式下操作高壓側 MOSFET，建立有效率的充電方法。與傳統方法不同，此處提出的解決方案不再需要依賴 FET SOA，也不需要龐大的預充電電阻器、預充電 FET 和驅動器。此解決方案使用高壓側驅動器固有的短路保護功能，並可在沒有任何外部控制訊號或複雜演算法的情況下自動執行。