JADA327 September   2026 TPS61383-Q1

 

  1.   1
  2.   概要
  3.   商標
  4. 1はじめに
  5. 2設計要件とシステム構造
    1. 2.1 設計要件
    2. 2.2 システム構成
      1. 2.2.1 集中型 E ラッチ システム
      2. 2.2.2 分散型 E ラッチ システム
  6. 3パワー トレイン
    1. 3.1 TPS61383-Q1 搭載、統合型 E ラッチ パワー トレイン
      1. 3.1.1 スーパー キャパシタ充電器の機能の紹介
      2. 3.1.2 昇圧機能の概要
      3. 3.1.3 スーパー キャパシタのブリーディング
    2. 3.2 ハードウェア設計手順
      1. 3.2.1 外部 MOSFET の選択
      2. 3.2.2 インダクタの選択
      3. 3.2.3 スーパー キャパシタ側のコンデンサ
      4. 3.2.4 昇圧出力コンデンサ
      5. 3.2.5 ループ補償設計
      6. 3.2.6 主な検討事項
    3. 3.3 ソフトウェアの初期化プロセス
  7. 4スーパー キャパシタのエネルギー モデル化のベースと選定
    1. 4.1 放電プロファイルとカットオフ電圧
    2. 4.2 スーパー キャパシタの放電エネルギーのモデル化
    3. 4.3 計算例
    4. 4.4 スーパー キャパシタ Excel 計算ツール
  8. 5スーパー キャパシタの管理
    1. 5.1 BQ76907-Q1 による電圧監視
    2. 5.2 BQ76907-Q1 によるセル バランシング
      1. 5.2.1 バランシング戦略
      2. 5.2.2 I2C の実装
      3. 5.2.3 セル バランシング電流
      4. 5.2.4 ローサイド保護回路の設計上の検討事項
    3. 5.3 スーパー キャパシタの健全性検出:TPS61383-Q1 と BQ76907-Q1 を組み合わせたソリューション
  9. 6制御ユニットと通信
    1. 6.1 制御ユニットの設計上の検討事項
    2. 6.2 SBC の選択
  10. 7実行ユニット
    1. 7.1 モーター ドライバの構造
    2. 7.2 モーター ドライバの設計上の検討事項
  11. 8まとめ
  12. 9参考資料

スーパー キャパシタの放電エネルギーのモデル化

カットオフ電圧を計算した後でも、スーパー キャパシタの放電エネルギーを正しく計算することは困難です。スーパー キャパシタの内部抵抗は通常、IC MOSFET の Rds-on の 5 ~ 10 倍になります。このため、合計放電効率は昇圧コンバータのみの場合よりもはるかに低くなり、E = CV2/2 に基づく計算はまったく不正確になります。このセクションでは、スーパー キャパシタのエネルギーを正しく計算する基本的な方法について説明します。

スーパー キャパシタ全体の放電の間、内部抵抗での損失は式 15で求められます。

式 15. l o s s R S C A P = ∫ 0 T I s c a p 2 R S C A P d t
ここで:

  • RSCAP はスーパー キャパシタの内部抵抗
  • T は負荷の持続時間
  • ISCAP はスーパー キャパシタの放電電流

ISCAP の場合、式 16を使用します:

式 16. I s c a p = - V o u t I o u t V I N η B S T = V o u t I o u t V S C A P - I S C A P R S C A P η B S T
ISCAP を次のように取得します:
式 17. I S C A P = V S C A P - - 4 V o u t I o u t R S C A P - V S C A P 2 η B S T η B S T 2 R S C A P
前の式で、Vout、Iout、RSCAP、ηBST は定数パラメータであるのに対し、VSCAP は解くべき t の未知の関数です。等価回路に基づいて、次の微分方程式を構築します:
式 18. C S C A P d V S C A P d t = - I S C A P = - V S C A P - - 4 V o u t I o u t R S C A P - V S C A P 2 η B S T η B S T 2 R S C A P
微分方程式は変数分離形であるため、ユーザーは陰関数の形式で一般解を得ることができます。
式 19. V S C A P 2 2 b + V S C A P V S C A P 2 - b 2 b - 1 2 l n V S C A P + V S C A P 2 - b = - t 2 R S C A P C S C A P + C 1
ここで
式 20. b = 4 V o u t I o u t R S C A P η B S T
これで Vscap がわかりました。Iscap は数値的なアプローチで求められます。しかし、数値的手法では損失の計算について十分に明確にならないため、ISCAP と損失の計算に陰関数の形式を使用しないでください。前の式 15を参照して、式 17と式 18を式 15に代入します:

式 21. l o s s R S C A P = ∫ 0 T I S C A P 2 R S C A P d t = ∫ 0 T - C S C A P d V S C A P d t V S C A P - - 4 V o u t I o u t R S C A P - V S C A P 2 η B S T η B S T 2 R S C A P R S C A P d t = - C S C A P 2 ∫ 0 T V S C A P ' V S C A P - V S C A P 2 - 4 V o u t I o u t R S C A P η B S T d t = - C S C A P 2 ∫ 0 T V S C A P ' V S C A P - V S C A P ' V S C A P 2 - b d t

積分は、微分を乗じた標準積分です。この型の積分は、置換によって容易に解くことができます。u = VSCAP とします:

式 22. l o s s R S C A P = - C S C A P 2 ∫ 0 T u - u 2 - b d u = C S C A P 4 ( - V S C A P 2 + V S C A P V S C A P 2 - b - b ⋅ ln ⁡ ( V S C A P + V S C A P 2 - b ) ) | 0 T

t = 0 および t = T での VSCAP 電圧は、VCH と VCL で与えられます。したがって、定積分は次の式で計算できます:

式 23. l o s s R S C A P = C S C A P 4 [ V C H 2 - V C L 2 + V C L V C L 2 - b - V C H V C H 2 - b + b ( ln ⁡ ( V C H + V C H 2 - b ) - ln ⁡ ( V C L + V C L 2 - b ) ) ]

VCH、VCL、b は既知のパラメータであり、残っている未知のパラメータは Cscap だけです。したがって、損失は次の式で計算できます:

式 24. l o s s R S C A P = k   C S C A P

ここで、k は:

式 25. k = [ V C H 2 - V C L 2 + V C L V C L 2 - b - V C H V C H 2 - b + b ( ln ⁡ ( V C H + V C H 2 - b ) - ln ⁡ ( V C L + V C L 2 - b ) ) ] / 4

したがって、最小 CSCAP は次のように計算できます:

式 26. C m i n = 2 V o u t I o u t T η B S T ( V C H 2 - V C L 2 ) ( 1 - l o s s R i n V o u t I o u t T + l o s s R i n ) = 2 V o u t I o u t T η B S T ( V C H 2 - V C L 2 ) ( 1 - k C m i n V o u t I o u t T + k C m i n )

したがって、最終的な最小 Cscap は次のように解くことができます:

式 27. C m i n = 2 V o u t I o u t T η B S T ( V C H 2 - V C L 2 ) - 2 k

ここで:

式 28. k = [ V C H 2 - V C L 2 + V C L V C L 2 - b - V C H V C H 2 - b + b ( ln ⁡ ( V C H + V C H 2 - b ) - ln ⁡ ( V C L + V C L 2 - b ) ) ] / 4
式 29. b = 4 V o u t I o u t R i n η