UCC2540 二次側(cè)后級調(diào)節(jié)器評估模塊：多輸出電源的高效解決方案

在電子工程師的日常工作中，電源設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的一環(huán)。今天，我們將深入探討德州儀器（TI）的 UCC2540 二次側(cè)后級調(diào)節(jié)器評估模塊，它與 UCC38083 搭配使用，為多輸出電源設(shè)計(jì)提供了高效且可靠的解決方案。

文件下載：UCC2540EVM-054.pdf

一、評估模塊重要說明

TI 提供的這款評估模塊（EVM）僅用于工程開發(fā)或評估目的，并非適用于商業(yè)用途。它在設(shè)計(jì)和制造方面可能未包含最終產(chǎn)品通常具備的完整保護(hù)措施，如產(chǎn)品安全措施。同時(shí)，作為原型產(chǎn)品，它不在歐盟電磁兼容性和低電壓指令范圍內(nèi)，可能不符合該指令的技術(shù)要求，也無需遵循歐盟標(biāo)記要求。

如果 EVM 不符合用戶指南中的規(guī)格，用戶可在交付日期起 30 天內(nèi)退回以獲得全額退款。不過，TI 僅提供此獨(dú)家保修，替代所有其他明示、暗示或法定保修，包括適銷性或特定用途適用性的保修。

用戶需承擔(dān) EVM 正確和安全處理的所有責(zé)任和義務(wù)。使用 EVM 可能存在嚴(yán)重危險(xiǎn)，用戶有責(zé)任按照良好的實(shí)驗(yàn)室規(guī)范采取所有預(yù)防措施。此外，收到的產(chǎn)品可能不符合法規(guī)要求或未獲得相關(guān)機(jī)構(gòu)認(rèn)證（如 FCC、UL 等），由于產(chǎn)品采用開放式結(jié)構(gòu)，用戶需對靜電放電采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施。

二、UCC2540 簡介

UCC2540 是一款用于高電流、低輸出電壓應(yīng)用的電壓模式二次側(cè)同步降壓 PWM 控制器。它可作為二次側(cè)后級調(diào)節(jié)器（SSPR），為多輸出電源生成額外的輔助輸出；也可作為級聯(lián)拓?fù)渲懈綦x式 DC - DC 轉(zhuǎn)換器的本地二次側(cè)控制器。其輸入與從主變壓器二次繞組或初級側(cè)脈沖變壓器導(dǎo)出的脈沖信號同步。在 SSPR 應(yīng)用中，主輸出的初級側(cè)控制可由任何降壓衍生拓?fù)洌ㄈ缯?、推挽、半橋或全橋）生成。UCC2540 是一款高效控制器，能提供緊密的調(diào)節(jié)、快速的瞬態(tài)響應(yīng)，是多輸出電源和級聯(lián)轉(zhuǎn)換器的經(jīng)濟(jì)有效解決方案。

三、評估模塊描述

該 UCC2540 二次側(cè)后級調(diào)節(jié)器評估模塊為現(xiàn)有的電流模式控制轉(zhuǎn)換器添加了一個輔助輸出。UCC2540 的前沿調(diào)制使其易于與正激、半橋或推挽等拓?fù)渲惺褂玫碾妷耗Ｊ交螂娏髂Ｊ娇刂瞥跫壖壖嫒?。此評估模塊采用 UCC38083 推挽 3.3 - V 輸出轉(zhuǎn)換器，并增加了一個 1.5 - V、7.5 - A 的輸出。UCC38083 用于驅(qū)動推挽同步整流器的柵極驅(qū)動變壓器為 UCC2540 提供了理想的同步脈沖。設(shè)備的偏置由現(xiàn)有的整流偏置提供，該偏置用于為二次側(cè)的分立驅(qū)動電路供電，UCC2540 同步降壓的功率級直接從主變壓器的二次側(cè)繞組引出，從而減小了主轉(zhuǎn)換器的電感和輸出電容器的尺寸。

如果在給定設(shè)計(jì)中需要更多輸出，可使用此處所示的相同方法輕松添加額外的同步整流和獨(dú)立調(diào)節(jié)輸出，每個輸出都由 UCC2540 控制，受益于其自身的軟啟動、電流限制和開/關(guān)控制。

四、應(yīng)用領(lǐng)域

1. 多輸出電源的二次側(cè)后級調(diào)節(jié)（SSPR）：為多輸出電源提供額外的輔助輸出，提高電源的靈活性和穩(wěn)定性。
2. 級聯(lián)降壓轉(zhuǎn)換器：在級聯(lián)拓?fù)渲邪l(fā)揮重要作用，實(shí)現(xiàn)高效的電壓轉(zhuǎn)換。
3. 替代磁放大器和其他低效解決方案：適用于高電流多輸出電源，提高電源效率。
4. 總線轉(zhuǎn)換器和直流變壓器架構(gòu)的后處理轉(zhuǎn)換器：為相關(guān)架構(gòu)提供穩(wěn)定的電源輸出。
5. 電信和數(shù)據(jù)通信設(shè)備、工業(yè)和計(jì)算機(jī)電源、測試和醫(yī)療儀器以及商用電源：在多個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。

五、特性亮點(diǎn)

1. 電壓模式控制：提供穩(wěn)定的電壓輸出，確保電源的可靠性。
2. 典型 24 - V 輸入電壓：適應(yīng)常見的電源輸入范圍。
3. 3.3 - V、7.5 - A 和 1.5 - V、7.5 - A 輸出：滿足不同負(fù)載的需求。
4. 400 - kHz 二次側(cè)開關(guān)頻率，200 - kHz 初級側(cè)開關(guān)頻率：高頻開關(guān)有助于提高電源效率。
5. 用戶可編程輔助輸出關(guān)斷：方便用戶根據(jù)實(shí)際需求控制輸出。
6. 并行平均電流模式控制環(huán)路：提供兩級過流保護(hù)，包括恒定電流限制和過流復(fù)位/重試。
7. 片上預(yù)測柵極驅(qū)動：通過最小化同步整流器中的體二極管導(dǎo)通和反向恢復(fù)損耗，實(shí)現(xiàn)高效的同步降壓操作。
8. 雙 ±3 - A TrueDrive 輸出：適用于高電流應(yīng)用。
9. 前沿調(diào)制：提高電源的響應(yīng)速度。
10. 高帶寬誤差放大器：確保精確的電壓調(diào)節(jié)。
11. 熱增強(qiáng) HTSSOP 20 - 引腳 PowerPAD 封裝：在標(biāo)準(zhǔn) 20 - 引腳 TSSOP 封裝中具有極低的熱阻（2°C/W (theta JC)），可容納雙高電流板載驅(qū)動器。
12. 跟蹤引腳：支持使用順序、比例或同時(shí)方法進(jìn)行輸出排序。

六、電氣性能規(guī)格

這些規(guī)格為工程師在設(shè)計(jì)電源時(shí)提供了重要的參考依據(jù)，確保電源在不同條件下都能穩(wěn)定工作。

七、測試設(shè)置

1. 輸出負(fù)載

對于 (V{OUT1}) 和 (V{OUT2}) 的輸出負(fù)載，使用可編程電子負(fù)載 LOAD1 和 LOAD2，它們設(shè)置為恒流模式，分別能夠在 3.3 V 和 1.5 V 下吸收 7.5 A 的電流。使用直流電壓表直接在測試點(diǎn)測量輸出電壓 (V{OUT1}) 和 (V{OUT2})，避免在 J3/J4 和 J6/J7 輸出端子測量，特別是在高負(fù)載電流時(shí)，因?yàn)?a target="_blank">連接器上存在有限的電壓降。使用直流電流表與負(fù)載串聯(lián)測量每個輸出電流 (I{OUT1}) 和 (I{OUT2})。

2. 輸入電源

輸入電壓源應(yīng)為可變直流源，能夠提供 0 VDC 至 35 VDC 的電壓，使用直流電壓表 (V{IN}) 測量，電流不小于 4 A。為保護(hù) EVM，將源電流限制在不超過 3 ADC。使用直流電流表與輸入源電源串聯(lián)測量 (I{IN})。

3. 網(wǎng)絡(luò)分析儀

若要測量輔助輸出的閉環(huán)響應(yīng)，可將網(wǎng)絡(luò)分析儀直接連接在 TP28 和 TP29 之間。輸出負(fù)載和電壓反饋之間的 49.9 - Ω 電阻（R51）允許對控制到輸出環(huán)路響應(yīng)進(jìn)行非侵入式測量。

八、電源啟動/關(guān)閉順序

1. 電源啟動順序

• 打開電子負(fù)載 LOAD1，將其設(shè)置為 1.5 A。
• 打開電子負(fù)載 LOAD2，將其設(shè)置為 1.5 A。
• 打開輸入電源，從輸入直流電源設(shè)置為零伏開始，緩慢將電壓增加到 EVM 工作范圍（18.5 V 至 35 V）。
• 當(dāng)輸入電壓達(dá)到或在最大 16.5 V 之前，轉(zhuǎn)換器將開始工作，可在 (V_{IN}) DMM 上測量。

2. 電源關(guān)閉順序

• 將輸入電源降低到 0 V 并關(guān)閉。
• 關(guān)閉兩個電子負(fù)載。

遵循正確的電源啟動和關(guān)閉順序?qū)τ诒Ｗo(hù) EVM 和確保其正常工作至關(guān)重要。

九、性能數(shù)據(jù)和特性曲線

文檔中提供了多種性能數(shù)據(jù)和特性曲線，如典型波形、開啟軌跡、輸出電壓紋波、負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)、預(yù)測柵極驅(qū)動、轉(zhuǎn)換器關(guān)斷和過流保護(hù)等。這些曲線直觀地展示了 EVM 在不同工作條件下的性能，工程師可以根據(jù)這些曲線評估 EVM 的性能，并進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化。

十、EVM 組裝圖和 PCB 布局

文檔中給出了 EVM 的組裝圖和 PCB 布局，包括頂層組裝、頂層絲印、頂層掩膜、頂層布線、第二層布線、第三層布線、底層布線、底層掩膜、底層絲印和底層組裝等。合理的 PCB 布局對于減少電磁干擾、提高電源效率和穩(wěn)定性至關(guān)重要，工程師可以參考這些布局圖進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)。

十一、材料清單

文檔詳細(xì)列出了 EVM 所使用的各種材料，包括電容器、二極管、電感器、MOSFET、晶體管、電阻器、變壓器、集成電路和連接器等。同時(shí)，還給出了每個元件的型號、數(shù)量、描述和制造商等信息。這為工程師在進(jìn)行元件選型和采購提供了方便。

十二、參考資料

文檔提供了相關(guān)的參考資料，包括 UCC2540 和 UCC38083 的數(shù)據(jù)手冊以及 50 - W 推挽轉(zhuǎn)換器參考設(shè)計(jì)等。這些參考資料對于深入了解 UCC2540 和 UCC38083 的工作原理和應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。

綜上所述，UCC2540 二次側(cè)后級調(diào)節(jié)器評估模塊與 UCC38083 搭配使用，為多輸出電源設(shè)計(jì)提供了一個高效、可靠且靈活的解決方案。電子工程師在進(jìn)行電源設(shè)計(jì)時(shí)，可以充分利用該評估模塊的特性和優(yōu)勢，提高電源的性能和質(zhì)量。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似的電源設(shè)計(jì)問題呢？又有哪些獨(dú)特的解決方案呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。