TPSI31P1-Q1 は、17V の絶縁型ゲート ドライバとバイアス電源を搭載したアクティブ プリチャージ コントローラとして機能します。外部パワー スイッチ、パワー インダクタ、ダイオードと組み合わせることで、アクティブ プリチャージの設計を構成できます。TPSI3050-Q1 と比較して、TPSI31P1-Q1 にはプリチャージ アプリケーション用として特別に設計された 2 つの追加機能が搭載されています。

• インダクタ電流はヒステリシス動作モードで継続的に監視および制御され、DC リンク コンデンサの実容量をリニアに充電します。
• このデバイスには通信バックチャネルが統合されており、2 次側から 1 次側にステータス情報を送信し、2 次側の電源ステータスを通知します。

図 3-2 に、このアプリケーションのブロック図を示します。TPSI31P1-Q1 は、マイコンからの EN 入力を介して制御信号を受信します。外部パワー インダクタ (L1) と、パワー ダイオード (D1) およびパワー FET (M1) とを組み合わせて、降圧コンバータを形成します。M2 は、リバース ブロッキング機能用のオプションの MOSFET を表します。シャント抵抗により、IS+ ピンの電圧測定による L1 の電流監視が容易に行えます。

図 3-2 アプリケーション内の TPSI31P1-Q1 のブロック図

動作上の主な特長は、降圧コンバータの構成です。IS+ が VREF- を下回ると、VDRV が High にアサートされて M1 がアクティブになり、降圧コンバータのエネルギー ストレージ サイクルを開始します。IS+ が VREF+ を上回ると、VDRV が Low にアサートされて M1 が非アクティブになり、降圧コンバータの電力転送サイクルを開始します。このプロセスはプリチャージ サイクル全体にわたって続けられ、充電電流をレギュレートします。

HV バッテリが 800V、DC リンク容量が 1000μF、プリチャージ時間の要件が 150ms と想定します。平均充電電流は、次のように計算できます。

インダクタ電流の設定に必要なシャント抵抗は、次のように計算できます。

最大インダクタ電流は次のように計算できます。

最小インダクタ電流は次のように計算できます。

最大スイッチング周波数は、リンク容量の両端の電圧が中間値に達したときに発生します。この値は、TPSI31P1 の最小電力転送能力、FET の総ゲート電荷、ゲートとソースの間の電圧によって決定できます。P = 55mW、Vgs = 15V、Qg = 14nC と仮定すると、最大スイッチング周波数は次のように計算できます。

最大スイッチング周波数に基づき、最小インダクタンスは次のように計算できます。

したがって、100uH のインダクタンス値を選択できます。C_DIV1 および C_DIV2 コンデンサは、VDDH の降下要件に依存します。たとえば、C_DIV1 と C_DIV2 の直列の組み合わせによって形成される合計容量により、VDDH 電源レールが 0.5V 降下する必要があります。

電圧降下をさらに小さくするため、C_DIV1 = 330nF、C_DIV2 = 1µF のコンデンサを選択することもできます。

TPSI31P1-Q1 には、これらの式を組み込んで予測される充電波形を生成するカリキュレータが搭載されています。詳細については、TPSI31P1-CALC を参照してください。