UCC24636EVM評估模塊：高效同步整流解決方案

在電子電源設(shè)計領(lǐng)域，同步整流技術(shù)憑借其降低損耗、提高效率的顯著優(yōu)勢，成為眾多工程師追求的目標(biāo)。TI推出的UCC24636EVM評估模塊，為實現(xiàn)這一目標(biāo)提供了有力的工具。下面我們就來詳細(xì)了解一下這個模塊。

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一、安全須知

在使用UCC24636EVM評估模塊之前，必須高度重視安全問題。這個模塊在通電時可能存在高電壓和高溫風(fēng)險，可能會導(dǎo)致電擊、燒傷等嚴(yán)重后果，因此在操作過程中要嚴(yán)格遵守安全規(guī)程。

工作區(qū)域安全

保持工作區(qū)域干凈整潔、有序，避免雜物干擾操作。在電路通電時，必須有合格的觀察者在場，以便及時應(yīng)對突發(fā)情況。同時，在模塊和其接口電子設(shè)備通電的區(qū)域，要設(shè)置有效的屏障和警示標(biāo)識，提醒人員注意高電壓危險。對于超過50V的開發(fā)環(huán)境，相關(guān)設(shè)備要連接到受保護(hù)的緊急電源關(guān)閉（EPO）保護(hù)電源插線板上，確保在緊急情況下能迅速切斷電源。此外，使用穩(wěn)定且不導(dǎo)電的工作表面，以及絕緣良好的夾子和電線來連接測量探頭和儀器，盡量避免徒手測試。

電氣安全

在進(jìn)行任何電氣或診斷測量之前，要先將模塊及其所有輸入、輸出和電氣負(fù)載斷電，并再次確認(rèn)模塊已安全斷電。在確認(rèn)模塊斷電后，進(jìn)行電路配置、接線、測量設(shè)備連接等操作時，仍要假設(shè)模塊電路和測量儀器帶電。當(dāng)模塊準(zhǔn)備就緒后，再按預(yù)期通電。通電期間，切勿觸摸模塊或其電路，以免發(fā)生電擊危險。

個人安全

為了保護(hù)自身安全，操作人員要穿戴個人防護(hù)裝備，如乳膠手套和帶側(cè)護(hù)罩的安全眼鏡。也可以將模塊放置在帶互鎖的透明塑料盒中，防止意外觸摸。

安全使用限制

需要注意的是，該評估模塊不能作為生產(chǎn)單元的全部或部分使用，僅適用于研發(fā)環(huán)境。

二、模塊概述

UCC24636EVM評估模塊主要用于將離線不連續(xù)模式（DCM）反激式轉(zhuǎn)換器的輸出整流器從二極管轉(zhuǎn)換為MOSFET同步整流器（SR），通過伏秒平衡控制來研究和評估SR的優(yōu)勢。它能感應(yīng)變壓器磁化期間的伏秒（V - s）乘積，并控制板載SR MOSFET的導(dǎo)通時間，以平衡變壓器退磁期間的V - s乘積，同時也支持過渡模式（TM）操作。與二極管整流器相比，SR - MOSFET能實現(xiàn)極低的導(dǎo)通損耗，顯著提高轉(zhuǎn)換器的效率。該模塊適用于輸出電壓范圍為5V至28V、電流水平高達(dá)5A的轉(zhuǎn)換器，但在特殊情況下也可進(jìn)行調(diào)整。不過，它不適用于任何情況下都能在連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）下運行的反激式轉(zhuǎn)換器，對于CCM反激應(yīng)用，可參考UCC24630 SR控制器及其相關(guān)的UCC24630EVM - 636。

三、模塊特點

應(yīng)用場景廣泛

UCC24636同步整流控制器適用于需要高效率和最小待機(jī)功率的隔離式、離線、不連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）和過渡模式（TM）反激式轉(zhuǎn)換器，如USB兼容的消費電子適配器和充電器（智能手機(jī)、平板電腦、相機(jī)等）、電視和桌面待機(jī)電源以及白色家電等。

功能特性豐富

• 靈活的電源連接：在低側(cè)應(yīng)用中，VDD可直接連接到轉(zhuǎn)換器輸出電壓軌，范圍為5V至28V。
• 用戶可編程：配備用戶可編程的分壓網(wǎng)絡(luò)，可根據(jù)具體應(yīng)用調(diào)整模塊參數(shù)。
• 高性能MOSFET：采用5.3 - mΩ、100 - V的SR MOSFET，封裝為SON 5 × 6，能承受較高的電壓和電流。
• 便捷的連接方式：提供端子塊和測試點，方便將SR MOSFET連接到應(yīng)用電路中。
• 可選MOSFET安裝位置：模塊背面有可用的TO - 252焊盤，可安裝替代MOSFET。

四、電氣性能規(guī)格

UCC24636EVM評估模塊的電氣性能規(guī)格涵蓋了多個方面，包括偏置電壓范圍、電壓范圍、伏秒乘積、MOSFET參數(shù)等。例如，VVDD偏置電壓范圍為4V至28VDC，VPC電壓范圍在R1值針對應(yīng)用計算后為0.4V至2.2VDC，VSC電壓范圍在R4值針對應(yīng)用計算后為0.3V至2.2VDC，SR - MOSFET的漏極電壓可達(dá)100VDC，導(dǎo)通電阻在TJ = 25°C、VDD ≥ 12V時為5.3至6.4mΩ等。這些參數(shù)為工程師在設(shè)計和應(yīng)用中提供了重要的參考依據(jù)。

五、測試設(shè)置

測試設(shè)備準(zhǔn)備

進(jìn)行測試時，需要準(zhǔn)備一系列設(shè)備。交流電壓源應(yīng)是能提供85VAC至265VAC、功率不低于20W的隔離可變交流源；輸出負(fù)載可使用能吸收超過轉(zhuǎn)換器輸出電流額定值的隔離可編程電子或電阻負(fù)載，進(jìn)行電流限制測試時，電子負(fù)載應(yīng)設(shè)置為恒定電阻模式；推薦使用最小18AWG（1 - mm直徑）的電線進(jìn)行大電流連接，且電線長度不宜過長；還需要配備直流電壓表、直流電流表、示波器、風(fēng)扇和功率分析儀等設(shè)備。功率分析儀用于精確計算效率和測量待機(jī)功率，其電流測量應(yīng)插入交流源到轉(zhuǎn)換器的中性或低電壓路徑中。

測試步驟

以UCC28740EVM - 525為例，將UCC24636EVM安裝到現(xiàn)有的DCM反激式轉(zhuǎn)換器中。在安裝前，要對轉(zhuǎn)換器進(jìn)行一些修改，如將高側(cè)二極管短路，然后將SR EVM插入低側(cè)路徑。連接好電源和負(fù)載后，按照以下步驟進(jìn)行測試：

1. 按照要求設(shè)置轉(zhuǎn)換器EVM，若測試效率或待機(jī)功率，需按制造商建議設(shè)置功率分析儀。
2. 若使用電子負(fù)載，將其設(shè)置為恒定電阻模式。
3. 根據(jù)需要連接電壓表、電流表和示波器探頭，但通電后不要觸摸模塊。
4. 將交流源電壓設(shè)置在85VAC至265VAC之間。
5. 按需改變線路和負(fù)載，評估SR在轉(zhuǎn)換器全運行范圍內(nèi)的性能。
6. 參考UCC28740EVM - 525用戶指南，進(jìn)行除效率和待機(jī)輸入功耗之外的其他功能特性測試。

設(shè)備關(guān)機(jī)

測試結(jié)束后，為了安全地關(guān)閉設(shè)備，要先對輸出電容器進(jìn)行快速放電，可在轉(zhuǎn)換器EVM上施加大于0.1A的負(fù)載。然后關(guān)閉交流源，等待初級大容量電容放電至安全水平后再處理模塊。

六、波形比較和典型效率曲線

波形對比

通過對比未修改的UCC28740EVM - 525板上輸出整流二極管的電流和電壓波形，以及安裝UCC24636EVM后的SR波形，可以發(fā)現(xiàn)電流波形變化不明顯，但SR導(dǎo)通期間電壓降低，從而減少了損耗，提高了效率。在不同輸入電壓（85VAC和265VAC）和負(fù)載條件（滿載和輕載）下，都能觀察到這種優(yōu)勢。

效率比較

與二極管整流器相比，使用UCC24636EVM實現(xiàn)的SR在效率上有顯著提升。在230VAC、50Hz時，平均效率超過了為滿足2016年歐盟行為準(zhǔn)則平均效率目標(biāo)而設(shè)定的0.79設(shè)計目標(biāo)；在115VAC、60Hz時，平均效率超過了為滿足2016年美國能源部6級平均效率要求而設(shè)定的0.787設(shè)計目標(biāo)。不過，在負(fù)載小于0.2A（即小于額定輸出的10%）時，SR的效率會有所下降，這是由于SR電路運行所需的額外功率與低輸出功率的對比導(dǎo)致的。當(dāng)負(fù)載降低使轉(zhuǎn)換器的平均開關(guān)頻率低于約5kHz時，UCC24636會進(jìn)入待機(jī)模式，以最小化待機(jī)功率，此時SR - MOSFET通過體二極管導(dǎo)通進(jìn)行整流。

七、高側(cè)二極管替換方案

帶偏置繞組的替換方法

使用單獨的偏置繞組(N{B})為VDD供電，并將輸出電壓反射到VSC輸入分壓網(wǎng)絡(luò)。理想情況下，(N{B})與(N{S})的匝數(shù)比應(yīng)為1:1，使VDD跟蹤(V{OUT})，但這并非嚴(yán)格要求。若輸出電壓過低，(N{B})需更多匝數(shù)來產(chǎn)生更高的VDD，VSC分壓網(wǎng)絡(luò)要補(bǔ)償電壓差異，使VSC跟蹤(V{OUT})，就像SR在低側(cè)應(yīng)用中一樣。這種方法中，UCC24636EVM的接地參考變?yōu)楦犹摂M接地，能重現(xiàn)施加到VPC輸入的脈沖電壓。同時，(N_{B})繞組上使用標(biāo)準(zhǔn)恢復(fù)二極管可避免VDD因漏感效應(yīng)而出現(xiàn)峰值充電，還可能需要濾波電容來抑制VPC和VSC輸入的噪聲。

不帶偏置繞組的替換方法

這種方法不需要單獨的偏置繞組，但VSC不能跟蹤(V{OUT})。UCC24636EVM在浮動虛擬接地狀態(tài)下工作，通過電荷泵作用為VDD供電，VDD不跟蹤(V{OUT})，因此VSC輸入必須根據(jù)對應(yīng)(V{OUT})最高值的固定參考電壓進(jìn)行編程。由于VSC不能跟蹤(V{OUT})，需要在SR時序上進(jìn)行妥協(xié)，以適應(yīng)(V_{OUT})的變化。這種方法可能導(dǎo)致SR導(dǎo)通時間縮短，從而增加損耗，降低效率。在采用這種高側(cè)SR配置之前，需要充分考慮其缺點，確保應(yīng)用與這些限制相兼容。

八、模塊組裝和材料清單

組裝圖紙

UCC24636EVM印刷電路板的最終尺寸為長1.70英寸（43.2mm）、寬0.82英寸（20.8mm），其組裝和銅層圖紙分別展示了電路板的頂面和底面設(shè)計。

材料清單

模塊的材料清單包含了各種元件，如印刷電路板、電容、MOSFET、電阻、測試點和同步整流控制器等，每個元件都有明確的型號、制造商和規(guī)格。

九、使用條款和注意事項

適用范圍

UCC24636EVM評估模塊僅適用于產(chǎn)品或軟件開發(fā)人員在研發(fā)環(huán)境中對TI半導(dǎo)體產(chǎn)品進(jìn)行可行性評估、實驗或科學(xué)分析，不能直接或間接組裝到任何成品中，也不適用于消費或家庭用途。

有限保修

TI保證模塊在交付給用戶后的90天內(nèi)符合其公布的規(guī)格，但對于因用戶疏忽、誤用、不當(dāng)安裝或測試，以及非TI實體對模塊進(jìn)行的任何更改或修改所導(dǎo)致的缺陷，TI不承擔(dān)責(zé)任。若模塊不符合保修條件，TI的唯一責(zé)任是選擇修復(fù)、更換模塊或為用戶賬戶提供信用。

監(jiān)管通知

不同國家和地區(qū)對模塊的使用有不同的監(jiān)管要求。在美國，未獲得FCC批準(zhǔn)的套件在組裝后若要轉(zhuǎn)售或銷售，必須先獲得所有必要的FCC設(shè)備授權(quán)；符合FCC規(guī)則第15部分的設(shè)備有相應(yīng)的操作條件和干擾聲明。在加拿大，帶有無線電發(fā)射器和可拆卸天線的模塊有特定的操作條件和天線使用限制。在日本，對于進(jìn)入日本的模塊，有相關(guān)的使用注意事項和法律要求，特別是對于被視為“射頻產(chǎn)品”的模塊，用戶需要遵守特定的使用規(guī)定。

使用限制和警告

模塊不能用于功能安全和/或安全關(guān)鍵評估，包括但不限于生命支持應(yīng)用評估。用戶在操作模塊前，必須閱讀并遵循TI提供的用戶指南和其他相關(guān)文檔，包括所有警告和限制通知。用戶要在TI推薦的規(guī)格和環(huán)境條件下操作模塊，確保接口設(shè)計能安全限制可觸及的泄漏電流，以減少電擊危險。同時，用戶要自行承擔(dān)確定模塊是否符合適用法律法規(guī)的責(zé)任，以及正確處理和回收模塊的責(zé)任。

免責(zé)聲明

除上述有限保修外，模塊及其相關(guān)設(shè)計材料按“原樣”提供，TI不承擔(dān)其他明示或暗示的保證，包括但不限于適銷性、特定用途適用性或不侵犯第三方專利、版權(quán)、商業(yè)秘密或其他知識產(chǎn)權(quán)的保證。TI對模塊使用過程中產(chǎn)生的特殊、間接、懲罰性、附帶性、后果性或示例性損害不承擔(dān)責(zé)任，且TI的總責(zé)任不超過用戶為特定模塊支付的總金額。

返回政策

除非另有規(guī)定，TI不提供退款、退貨或換貨服務(wù)。若用戶認(rèn)為訂單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，但不包括郵費或包裝成本。

適用法律

這些條款和條件受德克薩斯州法律管轄，用戶同意與這些條款和條件相關(guān)的任何爭議由德克薩斯州的法院管轄。

UCC24636EVM評估模塊為工程師提供了一個強(qiáng)大的工具，用于研究和實現(xiàn)同步整流技術(shù)。在使用過程中，嚴(yán)格遵守安全規(guī)程和相關(guān)條款，能確保模塊的安全、有效使用，為電源設(shè)計帶來更高的效率和性能。你在使用類似模塊的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。