電流檢測電阻 R_SNS 的選型

基于 I²t 的過流保護閾值電壓 V_{(SNS_OCP)} 建議范圍可從 6mV 擴展至 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，應選擇 20mV 作為 I²t 保護啟動閾值電壓?？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 (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，R_SET 選為 330Ω 1%，使 I_{2t_MAX} 電流小于 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的失調(diào)電壓 (±150μV)。若 I_{OC_MAX} = 120A 且 ADC 的工作范圍為 0V 至 3.3V（例如，V_(IMON) = 3.3V），則 R_IMON 的計算結(jié)果為 60.24k?。

通過為 R_IMON 選擇小于方程式 14 所示的值，可確保負載電流最大值不超過 ADC 限值。選擇最接近的可用標準值：60kΩ，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) 以及漏源導通電阻 R_DS(ON)。最大持續(xù)漏極電流 (ID) 等級必須超過最大持續(xù)負載電流。最大漏源電壓 V_DS(MAX) 必須足夠高，以便承受應用中所見的最高電壓?？紤]負載突降導致最高應用電壓為 60V，因此該應用選擇 VDS 額定電壓為 80V 的 MOSFET。

TPS4816-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，選擇的是四個 IAUS200N08S5N023，其電壓等級為：

• 80V V_DS(MAX) 和 ±20V V_GS(MAX)
• 在 10V VGS 下，R_DS(ON) 的典型值為 2.3mΩ
• MOSFET Qg(total) 的最大值為 110nC

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)，從而大于 t_SC（最大 5μs）時序。

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)動四個 IAUS200N08S5N023 MOSFET 所需的自舉電容最小值。

選擇最接近的可用標準值：470nF，10%。

I²t 曲線編程，R_IOC 和 C_I2t 選擇

R_IOC 用于設(shè)置 I²t 保護啟動閾值，該阻值可使用以下公式計算：

其中，比例因數(shù) K 可使用以下公式計算：

若要將 I²t 保護啟動閾值設(shè)置為 40A，則 R_IOC 值計算結(jié)果為 27kΩ。

選擇最接近的可用標準值：27k?，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 234.5ms。

使用方程式 19 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 9.2μF。

選擇最接近的可用標準值：10μF，10%。

短路保護閾值編程，R_ISCP 選擇

R_ISCP 用于設(shè)置短路保護閾值，該值可使用以下公式計算：

若要將短路保護閾值設(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準值：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準值：47nF，10%。

設(shè)置欠壓鎖定和過壓設(shè)定點，R1、R2 和 R3

通過使用連接在器件 VS、EN/UVLO、OV 和 GND 引腳之間的 R1、R2 和 R3 外部分壓器網(wǎng)絡(luò)可調(diào)整欠壓鎖定 (UVLO) 和過壓設(shè)定點。通過對方程式 22 和方程式 23 求解，可計算得出設(shè)置欠壓和過壓所需的值。

方程式 22.

方程式 23.

為了盡可能降低從電源汲取的輸入電流，TI 建議對 R1、R2 和 R3 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(R123) 必須比 UVLO 和 OV 引腳的漏電流大 20 倍。

根據(jù)器件電氣規(guī)格，V_(OVR) = 1.2V，V_(UVLOR) = 1.2V。根據(jù)設(shè)計要求，V_INOVP 為 60V，V_INUVLO 為 16V。為了求解該公式，首先選擇 R1 = 470kΩ 值，然后使用 方程式 22 求解 (R2 + R3) = 39.5k?。使用 方程式 23 和 (R2 + R3) 值得到 R3 = 10.5kΩ，最后得到 R2 = 29kΩ。

選擇最接近的標準 1% 電阻值：R1 = 470kΩ、R2 = 29.4kΩ、R3 = 10kΩ。

浪涌電流編程，R_g 和 C_g 選擇

請使用以下公式來計算 I_INRUSH：

計算的 I_INRUSH 應該始終小于旁路短路 (I_{BYPASS_SC}) 電流，后者可使用以下公式計算：

對于 1Ω R_BYPASS，I_{BYPASS_SC} 計算結(jié)果為 2A，該值小于 I_INRUSH。

使用以下公式，可根據(jù) I_INRUSH 計算所需的 C_g。

其中，I_(G) 為 100μA（典型值）

若要將 I_INRUSH 設(shè)置為 1.5A，則 C_g 值計算結(jié)果為約 50nF。

串聯(lián)電阻 R_g 必須與 Cg 一起用于限制關(guān)斷期間來自 Cg 的放電電流。

選擇的 R_g 值為 100Ω，C_g 為 68nF。

R_BYPASS 和 Q₃ 選擇

選擇 MOSFET Q3 時，重要的電氣參數(shù)為最大持續(xù)漏極電流 I_D、最大漏源電壓 V_DS(MAX)、最大柵源電壓 V_GS(MAX) 以及漏源導通電阻 R_DSON。

根據(jù)設(shè)計要求，選擇的是 IAUS200N08S5N023，其電壓等級為：

• 80V V_DS(MAX) 和 ±20V V_GS(MAX)
• 在 10V VGS 下，R_DS(ON) 的典型值為 2.3mΩ

可通過以下公式計算旁路電阻器的平均額定功率：

R_BYPASS 平均功率耗散計算結(jié)果為 2.25W。

以下公式可計算旁路電阻器中的峰值功率耗散：

R_BYPASS 的峰值功率耗散計算結(jié)果為約 3600W。短路接地故障時上電的峰值功率耗散時間可以通過電氣特性表中的 t_{(BYPASS_SC)} 參數(shù)（最大 5μs）推導出來。

根據(jù) P_PEAK 和 t_{(BYPASS_SC)}，應并聯(lián)兩個 2Ω、1%、1.5W CRCW25122R00JNEGHP 電阻，從而實現(xiàn)平均功率耗散和峰值功率耗散持續(xù) t_{(BYPASS_SC)} 以上。TI 建議設(shè)計人員與電阻制造商分享旁路電阻器的整個功率耗散曲線并獲取他們的建議。

可根據(jù)以下公式計算旁路路徑中的峰值短路電流：

I_{PEAK_BYPASS} 經(jīng)計算為 60A。TI 建議設(shè)計人員確保旁路路徑 (Q3) 的工作點（V_{BATT_MAX}、I_{PEAK_BYPASS}）處于 SOA 曲線內(nèi)的時間大于 t_{(BYPASS_SC)}。