1 系统说明

预充电是电动汽车和混合动力汽车（EV 和 HEV）中的一种常见电路，用于在将电源轨连接到电池之前准备高压直流电源轨。正负高压电源轨由直流链路电容器连接，这有助于在车辆运行期间连接和断开负载时稳定电源轨。预充电电路将直流链路电容器充电至电池电压，从而更大限度地减少主接触器闭合时导致的浪涌电流。为了保证主接触器的正常运行，需更大限度地减少浪涌，因为浪涌过高会导致触点焊接在一起，从而使触点出现缺陷。

图 1-1 预充电配置

此设计采用带固态继电器的无源预充电。在无源预充电中，开关静态关闭，直到电容器充电。图 1-1 展示了通常如何使用机械接触器或继电器实现预充电。此设计的目标是用固态继电器替代机械接触器，从而提供更可靠的设计。无源预充电的优点是复杂性低且开关噪声辐射低。这种预充电方法在业内非常普遍，因为它简单易行，而且功率电阻器的供应和选择也非常广泛。不过，由于这种设计的控制逻辑较少，因此设计时首先要考虑的是如何确定元件尺寸，使其能够承受功率并防止过流。

图 1-2 设计范围

在大功率路径之外，此设计的控制电路由 FET 驱动器和过流检测电路组成。此设计使用 TPSI3100-Q1 隔离式开关驱动器，当与 FET 配合使用时，可创建无缝固态继电器设计，从而替代预充电接触器等接触器。此外，TPSI3100-Q1 中集成了故障和警报比较器。故障比较器在跳闸时禁用驱动器，并通过隔离栅发回信号。警报比较器仅在跳闸时发送信号。这些比较器与 INA180-Q1 电流检测放大器一起构成过流检测电路。电流检测放大器通过 TPSI3100-Q1 的内部次级侧电源（通过 VDDM 引脚生成的标称 5V 电源轨）供电。

此设计的最后一个元素是存储在电容器上的电压的放电路径。对于电动汽车，放电要求分为不同类型。对于安全性至关重要的事件（例如碰撞），电容器必须在几秒钟内放电，确切的时间因制造商而异。对于非紧急情况，可以在几分钟内放电。此设计采用非紧急放电功能，该功能由隔离式开关 TPSI2140-Q1 和功率电阻器组成。激活后，电容器会在大约 2 分钟内从 1000V 放电到 60V 以下。为了安全处理和测试此设计，也需要该放电电路。