1 システムの説明

プリチャージは、高電圧 DC レールをバッテリに接続できるよう準備する回路で、電気自動車およびハイブリッド電気自動車 (EV および HEV) で一般的に使用されます。正と負の高電圧レールは DC リンク コンデンサによって接続されています。このコンデンサは、車両の動作中に負荷が接続および切断されたときにレールを安定させるのに役立ちます。プリチャージ回路は DC リンク コンデンサをバッテリ電圧まで充電し、メイン コンタクタが閉じたときに発生する突入電流を最小限に抑えます。メイン コンタクタの健全性を維持するため、突入電流は最小限に抑えられます。突入電流が大きすぎると接点が溶接され、欠陥が生じる可能性があります。

この設計は、パッシブ プリチャージとソリッド ステート リレーを採用しています。パッシブ プリチャージでは、コンデンサが充電されるまでスイッチは静的に閉じられます。図 1-1 に、機械式コンタクタまたはリレーを使用してプリチャージを実現する一般的な方法を示します。このデザインの目的は、機械式コンタクタをソリッド ステート リレーに置き換え、より信頼性の高い設計を実現することです。パッシブ プリチャージには、複雑度が低く、スイッチング ノイズ放射が小さいという利点があります。これは、シンプルさ、電力抵抗の幅広い利用可能性とオプションから、業界で非常に一般的なプリチャージ方法です。ただし、このデザインには制御ロジックが少ないため、電力に耐えられるサイズの部品を選択し、過電流から保護することが設計上の重要な検討事項となります。

このデザインの制御回路は、大電力パス以外に、1 個の FET ドライバと 1 個の過電流検出回路で構成されています。このデザインは、TPSI3100-Q1 絶縁型スイッチ ドライバを使用します。このドライバを FET と組み合わせると、プリチャージ コンタクタなどのコンタクタに置き換わるシームレスなソリッド ステート リレー設計を作成できます。さらに、TPSI3100-Q1 にはフォルト コンパレータとアラーム コンパレータが内蔵されています。フォルト コンパレータがトリップすると、ドライバがディスエーブルになり、バリアを介して信号が送信されます。アラーム コンパレータは、トリップしたときにのみ信号を送信します。これらのコンパレータを INA180-Q1 電流センス アンプと組み合わせて、過電流検出回路を構成します。電流センス アンプには、TPSI3100-Q1 の内部 2 次側電源 (VDDM ピンから生成される公称 5V レール) を介して電力が供給されます。

このデザインの最後の要素は、コンデンサに蓄積される電圧の放電パスです。EV にはさまざまな放電要件があります。衝突などの安全上重大なイベントが発生したときに、コンデンサを数秒以内に放電する必要があります。正確な時間はメーカーによって異なります。非緊急時には、放電を数分間かけて行うることができます。このデザインは、絶縁型スイッチ TPSI2140-Q1 と 1 つの電力抵抗で構成される非緊急放電回路を搭載しています。コンデンサがアクティブになると、約 2 分で 1000Vから 60V 以下まで放電されます。この放電回路は、デザインの安全な取り扱いとテストにも必要です。