探索UCC25600EVM：300W LLC諧振半橋轉(zhuǎn)換器評估模塊

在電子工程領(lǐng)域，高效的電源轉(zhuǎn)換一直是追求的目標(biāo)。今天，我們將深入探討德州儀器（Texas Instruments）的UCC25600EVM評估模塊，這是一款300W的LLC諧振半橋轉(zhuǎn)換器，為工程師們提供了一個評估和開發(fā)高性能電源解決方案的理想平臺。

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1. 引言

UCC25600評估模塊（EVM，型號HPA341）是一款300W的LLC諧振半橋轉(zhuǎn)換器。它能夠在最大300W的負(fù)載功率下，提供標(biāo)稱12V的穩(wěn)壓輸出電壓，并且在初級和次級之間具備強化隔離，適用于AC - DC離線應(yīng)用，其工作直流電源為390V。該EVM采用了UCC25600諧振半橋控制器，集成了先進(jìn)的效率提升特性和高級保護(hù)功能，為LLC諧振半橋轉(zhuǎn)換器應(yīng)用提供了經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。在次級側(cè)，使用了兩塊帶有二極管的子卡HPA410進(jìn)行整流。

不過，在使用EVM時必須采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施。當(dāng)EVM通電時以及斷電后的短時間內(nèi)，板上會存在超過390V的高壓和高于70°C的溫度。此外，通電時需要強制風(fēng)冷。

2. 典型應(yīng)用與特性

2.1 典型應(yīng)用

LLC諧振半橋轉(zhuǎn)換器常見于電視等應(yīng)用中，由于其零電壓開關(guān)特性，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的功率轉(zhuǎn)換效率。這類轉(zhuǎn)換器還可擴展到計算機和服務(wù)器的ATX12電源等低壓應(yīng)用中，以實現(xiàn)更好的節(jié)能效果。UCC25600EVM為評估UCC25600 LLC諧振控制器提供了一個平臺，它可以處理來自PFC（功率因數(shù)校正）的輸入電壓，并輸出額定功率為300W的12V電壓。

2.2 特性

• 300W輸出功率額定值：能夠滿足較高功率的應(yīng)用需求。
• 高效率：峰值效率可達(dá)92%，滿載時效率超過91%。
• 穩(wěn)壓輸出：標(biāo)稱輸出電壓為12V。
• 輸入直流電壓：390V。
• 豐富的測試點：便于對設(shè)備進(jìn)行評估。
• 保護(hù)功能：具備過流保護(hù)和輸出過壓保護(hù)。
• 輕載時的突發(fā)操作：有助于提高輕載效率。

3. 電氣性能規(guī)格

需要注意的是，EVM輸出可能會根據(jù)負(fù)載水平和負(fù)載降低速度呈現(xiàn)鋸齒波形或高于調(diào)節(jié)點（約13.1V）的電壓。鋸齒波形是由UCC25600的突發(fā)操作引起的，而13.1V的輸出電壓是由輸出過壓保護(hù)導(dǎo)致的。

4. 測試設(shè)置

4.1 測試點列表

4.2 測試設(shè)備

• 電壓源：輸入源應(yīng)為能夠提供390V DC且最小電流額定值為1.0A DC的恒定直流源。
• 萬用表：用于測量輸出電壓（DMM1）、輸入電壓（DMM3）、輸出電流（DMM2）和輸入負(fù)載電流（DMM4）。
• 輸出負(fù)載：建議使用可編程電子負(fù)載，可配置為恒流模式，能夠從12V DC吸收0A DC至25A DC的電流?？梢酝ㄟ^將直流電壓表DMM1連接到感測引腳（TP10和TP18）來監(jiān)測輸出電壓，將直流電流表DMM2與電子負(fù)載串聯(lián)以準(zhǔn)確測量輸出電流。同樣，可以通過將直流電壓表連接到感測引腳（TP1和TP3）來監(jiān)測輸入電壓，使用直流電流表監(jiān)測輸入電流。
• 示波器：將示波器通道設(shè)置為交流耦合，帶寬為20MHz。

4.3 上電和下電注意事項

• ESD防護(hù)：建議使用ESD工作站，在從保護(hù)包裝中取出EVM并通電之前，確保離子發(fā)生器開啟。操作人員應(yīng)穿戴靜電服和安全眼鏡。
• 上電步驟
  1. 設(shè)置一個最小400LFM或2.0m/s強制氣流的風(fēng)冷風(fēng)扇，氣流方向應(yīng)指向DB1和DB2的中間并朝向變壓器T2，測試過程中風(fēng)扇應(yīng)一直開啟。
  2. 在連接直流輸入源之前，將源電流限制在最大1.0A，確保直流源在開啟前初始設(shè)置為390V DC，然后將直流源連接到EVM。
  3. 按照圖3所示連接電流表DMM2和DMM4。
  4. 按照圖3所示連接電壓表DMM1和DMM3。
  5. 如果要帶負(fù)載運行，按照圖3所示將電子負(fù)載連接到EVM，將負(fù)載設(shè)置為恒流模式，初始值為1.0A。注意，如果負(fù)載小于1.0A，UCC25600可能處于突發(fā)操作，EVM輸出電壓可能會出現(xiàn)打嗝現(xiàn)象。
  6. 開啟直流源，觀察輸出電壓，其輸出電壓應(yīng)標(biāo)稱12V DC。
  7. 在1.0A至25A之間變化負(fù)載。
• 下電步驟
  1. 關(guān)閉直流源。
  2. 關(guān)閉負(fù)載。

4.4 推薦測試設(shè)置

具體的推薦測試設(shè)置可參考文檔中的圖3。

5. 測試程序

5.1 線路/負(fù)載調(diào)節(jié)和效率測量程序

將負(fù)載設(shè)置為1.0A，輸入電壓設(shè)置在375V DC至405V DC之間。在開啟電源之前，將輸入源電流限制設(shè)置為1.0A，以避免潛在損壞，盡管EVM的功率限制典型值為350W。開啟輸入源，線路和負(fù)載調(diào)節(jié)的參考測試結(jié)果可在第7節(jié)中找到。

5.2 輸出紋波測量

在測量線路和負(fù)載調(diào)節(jié)的同時，可以測量輸出電壓紋波。應(yīng)使用尖端 - 桶形方法進(jìn)行輸出電壓紋波測量，EVM提供了此類測試點，方便使用泰克示波器進(jìn)行測量。輸出電壓紋波的參考測試結(jié)果可在第7節(jié)中找到。

5.3 效率計算

效率可以根據(jù)第6.1節(jié)獲得的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行計算。為了正確測量輸入和輸出電壓以進(jìn)行效率計算，應(yīng)使用測試點TP1和TP2測量輸入電壓，使用測試點TP10和TP18測量輸出電壓。效率的參考結(jié)果可在第7節(jié)中找到。

5.4 波特圖測量

要測量環(huán)路補償波特圖，可以通過測試點TP19和TP21注入掃描信號。使用TP19和TP21測量整個系統(tǒng)的波特圖，使用TP21和U3引腳4測量控制器的波特圖，使用U3引腳4和TP19測量調(diào)制器的波特圖。

5.5 其他測試

EVM提供了大量的測試點，方便對設(shè)備進(jìn)行評估。用戶可以使用這些測試點對感興趣的功能進(jìn)行測量。測試點分為初級側(cè)組和次級側(cè)組，在測量設(shè)置過程中，要特別注意不同的接地選擇。EVM在初級和次級之間設(shè)計了3500V的強化絕緣，因此兩側(cè)沒有公共接地作為測量參考點，即每一側(cè)都有自己的接地用于測量參考。

6. 性能數(shù)據(jù)和典型特性曲線

文檔中的圖4至圖17展示了UCC25600EVM的典型性能曲線，包括線路調(diào)節(jié)、負(fù)載調(diào)節(jié)、效率、輸出電壓紋波波形、軟啟動波形、諧振電路電壓和電流等方面。這些曲線為工程師們提供了直觀的性能參考，有助于深入了解EVM的工作特性。

7. EVM組裝圖和PCB布局

圖18至圖26展示了用于EVM的四層印刷電路板的布局，包括頂層組件、頂層銅層、底層組件和底層銅層等。了解PCB布局對于理解EVM的結(jié)構(gòu)和設(shè)計原理非常有幫助，同時也有助于進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)試和優(yōu)化。

8. 材料清單

文檔提供了EVM的組件清單，包括電容器、二極管、電感器、MOSFET、晶體管、電阻器、開關(guān)、變壓器、集成電路等各種元件的數(shù)量、參考編號、描述、制造商和零件編號。這對于工程師們進(jìn)行元件選型和替換非常有幫助。

9. 參考資料和修訂歷史

文檔還提供了相關(guān)的參考資料，如UCC25600 8引腳高性能諧振模式控制器的數(shù)據(jù)手冊。同時，記錄了從原始版本（2009年4月）到A版本的修訂歷史，包括新的FET零件編號等變化。

10. 標(biāo)準(zhǔn)條款和注意事項

10.1 EVM使用限制

• EVM僅用于產(chǎn)品或軟件開發(fā)人員在研發(fā)環(huán)境中進(jìn)行TI半導(dǎo)體產(chǎn)品的可行性評估、實驗或科學(xué)分析，不得直接或間接組裝到任何成品中。
• EVM不適合消費者或家庭使用，用戶不得將其用于商業(yè)目的，包括銷售、再許可、租賃、出租、出借、轉(zhuǎn)讓或分發(fā)。

10.2 有限保修和相關(guān)補救措施/免責(zé)聲明

• TI保證TI EVM在交付給用戶后的90天內(nèi)符合TI公布的規(guī)格。但如果不符合規(guī)格是由于用戶的疏忽、誤用、不當(dāng)安裝或測試，或者EVM被非TI實體更改或修改，或者用戶未按時付款等原因?qū)е碌模琓I不承擔(dān)責(zé)任。
• 用戶必須在交付后的10個工作日內(nèi)通知TI任何明顯的缺陷，在檢測到隱藏缺陷后的10個工作日內(nèi)通知TI，否則用戶對TI的索賠將無效。
• TI的唯一責(zé)任是選擇修復(fù)或更換不符合保修規(guī)定的EVM，或者向用戶的賬戶貸記相應(yīng)的EVM費用。

10.3 監(jiān)管通知

• 美國：對于未獲得FCC批準(zhǔn)的EVM，在組裝后未經(jīng)獲得所有必要的FCC設(shè)備授權(quán)不得轉(zhuǎn)售或銷售。對于符合FCC規(guī)則第15部分的EVM，操作需滿足一定條件，并且更改或修改未經(jīng)負(fù)責(zé)合規(guī)的一方明確批準(zhǔn)可能會使設(shè)備失去操作權(quán)限。
• 加拿大：對于符合Industry Canada證書的EVM，操作需滿足不造成干擾和接受任何干擾的條件。對于帶有可拆卸天線的EVM，必須使用經(jīng)Industry Canada批準(zhǔn)的天線類型和增益。
• 日本：進(jìn)入日本的EVM可能未獲得TI認(rèn)證符合日本無線電法的技術(shù)法規(guī)。用戶在日本使用EVM時，需要遵循日本無線電法的相關(guān)規(guī)定，如在屏蔽室或特定測試設(shè)施中使用、獲得測試無線電臺許可證或技術(shù)法規(guī)合規(guī)認(rèn)證等。
• 歐盟：對于符合EU Directive 2014/30/EU（電磁兼容性指令）的EVM，這是一款A(yù)類產(chǎn)品，適用于非家庭環(huán)境中連接到為家庭用途建筑供電的低壓電源網(wǎng)絡(luò)。在家庭環(huán)境中使用可能會導(dǎo)致無線電干擾，用戶可能需要采取適當(dāng)措施。

10.4 EVM使用限制和警告

• EVM不得用于功能安全和/或安全關(guān)鍵評估，包括但不限于生命支持應(yīng)用的評估。
• 用戶在處理或使用EVM之前，必須閱讀并遵循TI提供的用戶指南和其他可用文檔，包括任何警告或限制通知。
• 用戶應(yīng)在TI推薦的規(guī)格和環(huán)境條件下操作EVM，超過規(guī)定的性能評級和規(guī)格可能會導(dǎo)致人身傷害、死亡或財產(chǎn)損失。
• EVM僅適用于技術(shù)合格的專業(yè)電子專家，用戶承擔(dān)EVM正確和安全處理及使用的所有責(zé)任和義務(wù)。
• 用戶負(fù)責(zé)確定EVM是否符合適用的國際、聯(lián)邦、州或地方法律法規(guī)，并承擔(dān)合規(guī)責(zé)任和義務(wù)。

10.5 信息準(zhǔn)確性和免責(zé)聲明

• TI盡力提供準(zhǔn)確的EVM信息，但不保證EVM描述、可用性或其他信息的準(zhǔn)確性、完整性、可靠性、及時性或無錯誤。
• EVM和隨附的任何材料“按原樣”提供，TI不承擔(dān)任何其他明示或暗示的保證，包括但不限于流行性故障保證、適銷性或特定用途適用性的暗示保證，或不侵犯任何第三方專利、版權(quán)、商業(yè)秘密或其他知識產(chǎn)權(quán)的保證。

10.6 用戶賠償義務(wù)和陳述

用戶將為TI、其許可方及其代表辯護(hù)、賠償并使其免受因任何不符合這些條款的EVM處理或使用而產(chǎn)生的所有索賠、損害、損失、費用、成本和責(zé)任。

10.7 損害賠償和責(zé)任限制

• TI在任何情況下均不對與這些條款或EVM使用相關(guān)的任何特殊、間接、懲罰性、附帶、后果性或示例性損害承擔(dān)責(zé)任。
• TI因任何EVM使用產(chǎn)生的總責(zé)任不得超過用戶在過去12個月內(nèi)為相關(guān)EVM支付的總金額。

10.8 退貨政策

除非另有規(guī)定，TI不提供退款、退貨或換貨服務(wù)。如果包裝已打開，或者EVM損壞或無法再銷售，將不接受退貨。如果用戶認(rèn)為對EVM的收費有誤或交付違反適用訂單，應(yīng)聯(lián)系TI。所有退款將在組件退回后的30個工作日內(nèi)全額退還