ZHCAAB9E February   2021  – March 2021 TPS1H000-Q1 , TPS1H100-Q1 , TPS1H200A-Q1 , TPS1HA08-Q1 , TPS25200-Q1 , TPS27S100 , TPS2H000-Q1 , TPS2H160-Q1 , TPS2HB16-Q1 , TPS2HB35-Q1 , TPS2HB50-Q1 , TPS4H000-Q1 , TPS4H160-Q1

 

  1.   商标
  2. 1引言
  3. 2驱动电阻性负载
    1. 2.1 背景
    2. 2.2 应用示例
    3. 2.3 为何使用智能高侧开关?
      1. 2.3.1 精确的电流检测
      2. 2.3.2 可调电流限制
    4. 2.4 选择合适的智能高侧开关
      1. 2.4.1 功率耗散计算
      2. 2.4.2 PWM 和开关损耗
  4. 3驱动电容性负载
    1. 3.1 背景
    2. 3.2 应用示例
    3. 3.3 为何使用智能高侧开关?
      1. 3.3.1 电容性负载充电
      2. 3.3.2 减小浪涌电流
        1. 3.3.2.1 电容器充电时间
      3. 3.3.3 热耗散
      4. 3.3.4 电容性浪涌期间的结温
      5. 3.3.5 过热关断
      6. 3.3.6 选择正确的智能高侧开关
  5. 4驱动电感性负载
    1. 4.1 背景
    2. 4.2 应用示例
    3. 4.3 为何使用智能高侧开关?
    4. 4.4 导通阶段
    5. 4.5 关断阶段
      1. 4.5.1 退磁时间
      2. 4.5.2 退磁期间的瞬时功率损耗
      3. 4.5.3 退磁期间耗散的总能量
      4. 4.5.4 测量精度
      5. 4.5.5 应用示例
      6. 4.5.6 计算
      7. 4.5.7 测量
    6. 4.6 选择正确的智能高侧开关
  6. 5驱动 LED 负载
    1. 5.1 背景
    2. 5.2 应用示例
    3. 5.3 LED 直接驱动
    4. 5.4 LED 模块
    5. 5.5 为何使用智能高侧开关?
    6. 5.6 开路负载检测
    7. 5.7 负载电流感测
    8. 5.8 恒流源
      1. 5.8.1 选择正确的智能高侧开关
  7. 6附录
    1. 6.1 瞬态热阻抗数据
    2. 6.2 退磁能量特性数据
  8. 7参考文献
  9. 8修订历史记录

计算

负载 1、负载 2 和负载 3 的详细计算也可按照相同的步骤进行。

可根据以下步骤计算负载的退磁能量:

  • 确定电源电压 VBAT,此处为 24V
  • 计算最坏情况下的稳态负载电流。对于负载 1,最坏情况下的负载电流是在温度为 –40⁰C 且 R = 79Ω 条件下的电流值。稳态电流的计算方式如下:
    Equation55. GUID-20200729-CA0I-JBPT-6QXQ-LWDZX8K20VZM-low.png
  • 根据电感值计算导通时间内储存的能量:
    Equation56. GUID-20200729-CA0I-J45M-8XGQ-B8KQ6TKT2CBX-low.png
  • 计算退磁时间:
    Equation57. GUID-20200729-CA0I-4CDK-2PSG-N3M9LGN0438G-low.png
    这表示使用 60V 的内部钳位器时,存储的能量将在 1.32ms 内退磁
  • 计算退磁能量:
    Equation58. GUID-20200729-CA0I-DGZW-KCFX-4V0BG1R4JFNX-low.png

负载 1 的电流为 0.304A,电感为 205mH,存储的磁能为 9.46mJ。存储的磁能将在高侧开关上退磁,且必须吸收的总退磁能量为 15.67mJ。让我们看看 TI 智能高侧开关 TPS4H160-Q1 是否可以将此能量耗散。

TPS4H160-Q1 是一款四通道高侧开关,广泛用于驱动工业和汽车系统中的电感性负载。与所有 TI 智能高侧开关一样,TPS4H160-Q1 包含一个集成式电感钳位器,无需外部电路即可对电感性负载进行退磁。若要确定该器件是否可以处理该感性负载,请参考该器件的退磁能力图,其中显示了给定电感的最大负载电流或总能量。附录 B 中提供了退磁能力图。TPS4H160-Q1 的退磁能力图如图 4-5 所示:

图 4-5 TPS4H160-Q1 退磁能力

若要确定负载 1 中所述的 205mH 电感的退磁能力,请在水平轴上找到 205mH。图 4-5 展示了 TPS4H160-Q1 在电感性负载为 205mH 时能够退磁 0.75A 并耗散 90mJ 能量。上述负载计算得出的负载电流为 0.304A,耗散能量为 15.76mJ,因此 TPS4H160-Q1 能够安全地对该负载进行退磁,并具有明显的裕度。

对负载 2 重复这些计算(该负载具有 50Ω 电阻和 48.4mH 电感),我们看到稳态电流为 0.48A,计算出的退磁能量为 9.29mJ。参照图 4-5,我们可以看到,对于 48.4mH 电感,TPS4H160-Q1 最多可以退磁 1.1A,并且最多耗散 55mJ 能量。与负载 1 类似,该器件能够轻松地对负载 2 进行退磁。

通过观察负载 3,我们得知它具有 7.5Ω 电阻和 35mH 电感。因此,我们计算出稳态电流为 3.2A,退磁能量为 298.6mJ。参照图 4-5,我们得知,对于 35mH 电感性负载,TPS4H160-Q1 能够驱动最大 1.5A 电流并耗散 50mJ 能量。这些数值低于计算的要求值,因此如果没有外部 TVS 二极管来钳制电感能量,TPS4H160-Q1 将无法驱动该负载。

请注意,尽管负载 3 的电感远低于负载 1 的电感,但负载 3 的电流较大,因此必须耗散掉的退磁能量显著增加。因此,应了解电感和负载电流这两个参数,而不仅仅是了解其中一个,这一点至关重要。