为什么高压中需要预充电电路系统

一路上

没有管理浪涌电流可能会导致电缆、连接器或保险丝损坏。 高压系统 (100V+) 通常使用预充电电路来限制浪涌电流。 此过程可保护系统免受损坏、延长使用寿命并提高可靠性。

应用和好处

预充电电路常用于电动汽车(EV)，例如电池管理系统、车载充电器，以及在工业应用，如电源和配电单元。 在电动汽车中，具有高容性负载的控制器调节电机。高压（HV）正负接触器在该系统中用作紧急情况当电机调节器出现故障时断开。 没有预充电电路，焊接可以发生在接触器闭合时可能会产生短暂的电弧导致点蚀。

预充电

在高压系统中，典型的框图可能包括两个大电流接触器和一个单独的预充电接触器，以及一个与负载（例如牵引逆变器）并联的直流链路电容器。图 1 至图 3 显示了对直流链路电容器进行预充电的步骤。在图 1 中，两个大电流接触器（高压正极和负极）处于打开状态。 HV 电池在两端与负载断开连接，直流母线电容器保持放电状态。预充电在系统中引入了一种新的状态，我们称之为预充电状态。在预充电状态下，预充电接触器和高压负接触器闭合，如图 2 所示。直流母线电容器充电到与电压源几乎相同的电压。预充电状态后，预充电接触器打开，高压正极接触器驱动系统或给电池充电。由于直流母线电容器在高压正负接触器闭合之前充电，因此没有高浪涌电流，系统正常运行，如图 3 所示。

图 1. 预充电初始状态

图 2. 预充电状态

图 3. 预充电稳态

预充电功能

TPSI3050-Q1 提供的三个主要特性是它可以用作隔离开关驱动器、快速禁用开关以及生成自己的次级偏置电源。 这些特性中的每一个都具有更高的灵活性、可靠性和更小的解决方案尺寸等优势。

隔离开关驱动器
TPSI3050-Q1 具有驱动外部 FET 或 IGBT 以形成固态继电器解决方案的灵活性，可替代机械继电器或接触器。 与机械继电器相比，SSR 更可靠、更轻、体积更小。由于没有机械动触点，因此没有可听噪声或物理电路磨损。 因此，TPSI3050-Q1 可创建可靠且经济高效的隔离解决方案。

快速禁用开关
TPSI3050-Q1 的一个关键特性是它能够快速禁用开关。 这对于在过热或过流等事件中进行保护很有用。 TPSI3050-Q1 的响应时间小于 3us，而继电器通常在 1-50ms 的范围内（取决于衔铁和弹簧的力）。

产生二次偏置电源
TPSI3050-Q1 从其初级侧接收的功率产生自己的次级偏置电源。次级侧提供 10V 的稳压浮动电源轨，用于驱动图 4 中所示的各种电源开关，例如用于交流的双背靠背电源开关 应用、用于直流应用的单电源开关、各种类型的 SCR 等。

高压预充电电路
图 4 显示了连接到具有 MOSFET 开关的预充电电路的 TPSI3050-Q1。 在此示例中，TPSI3050-Q1 使用 EN 信号和初级侧 VDDP 和 VSSP 之间的低压电源运行。 在次级侧，VDRV 引脚连接到采用共源配置的背靠背 MOSFET。 当 EN 引脚为逻辑高电平时，TPSI3050-Q1 将从初级侧向次级侧发送信息以将 VDRV 置为高电平。 同样，当 EN 引脚为逻辑低电平时，VDRV 将被驱动为低电平。

图 4. 应用中的 TPSI3050

结论

预充电电路可用于通过实施电阻器和开关来限制浪涌电流来防止对电气系统造成压力和损坏。新的方案可以替代传统的预充电接触器，从而实现更可靠、更小、 与会随着时间推移而磨损的机械触点相比，固态继电器解决方案的响应速度更快。