UCC28740EVM - 525：10W恒壓恒流充電器適配器模塊解析

引言

在電子設(shè)備飛速發(fā)展的今天，充電器適配器作為重要的電源供應(yīng)設(shè)備，其性能和效率備受關(guān)注。德州儀器（Texas Instruments）的UCC28740EVM - 525評(píng)估模塊就是一款值得深入研究的產(chǎn)品，它是一款10W離線不連續(xù)模式（DCM）反激式轉(zhuǎn)換器，能夠提供恒壓（CV）和恒流（CC）輸出調(diào)節(jié)，適用于消費(fèi)電子的USB適配器等應(yīng)用。

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產(chǎn)品概述

基本原理與特點(diǎn)

UCC28740EVM - 525采用光耦合器實(shí)現(xiàn)緊密的電壓調(diào)節(jié)，并通過初級(jí)側(cè)控制實(shí)現(xiàn)精確的恒流調(diào)節(jié)，同時(shí)改善了對(duì)大負(fù)載階躍的瞬態(tài)響應(yīng)。其控制算法采用了頻率調(diào)制、初級(jí)峰值電流調(diào)制、谷底開關(guān)和谷底跳變技術(shù)，以在整個(gè)工作范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)效率最大化。

典型應(yīng)用場(chǎng)景

• 消費(fèi)電子：適用于智能手機(jī)、平板電腦和相機(jī)等設(shè)備的USB兼容適配器和充電器。
• 備用電源：可作為電視和臺(tái)式機(jī)的備用電源。
• 白色家電：在家電領(lǐng)域也有一定的應(yīng)用空間。

產(chǎn)品特性

• 寬輸入電壓范圍：交流輸入范圍為85 (V{AC}) 至265 (V{AC})。
• 穩(wěn)定輸出：直流輸出為5V、2.1A，輸出電壓調(diào)節(jié)精度為±3%，輸出電流調(diào)節(jié)精度為±5%。
• 低功耗：空載功耗小于20mW。
• 保護(hù)功能完善：具備輸出過流、短路保護(hù)，輸出過壓保護(hù)，輸入欠壓保護(hù)以及故障自動(dòng)重啟功能。
• 高效運(yùn)行：平均效率大于80%，采用準(zhǔn)諧振谷底開關(guān)和頻率抖動(dòng)技術(shù)，有助于降低電磁干擾（EMI）。

電氣性能規(guī)格

測(cè)試設(shè)置

測(cè)試設(shè)備

• 交流電壓源：需為隔離可變交流源，能夠提供85 (V{AC}) 至265 (V{AC}) 的電壓，功率不低于20W。為準(zhǔn)確計(jì)算效率，應(yīng)在交流源中性線與評(píng)估模塊（EVM）中性端子之間插入功率計(jì)。
• 輸出負(fù)載：使用可編程電子負(fù)載，能夠吸收0A至3A的電流。在進(jìn)行恒流模式測(cè)試時(shí)，電子負(fù)載應(yīng)設(shè)置為恒阻模式。
• 功率計(jì)：功率分析儀應(yīng)能夠測(cè)量低輸入電流（通常小于10mA），并具備長(zhǎng)平均模式，以進(jìn)行低功耗待機(jī)模式輸入功率測(cè)量。
• 萬(wàn)用表：為確保高精度，可使用直流電壓表直接監(jiān)測(cè)輸出電壓，使用直流電流表測(cè)量輸出電流。
• 示波器：推薦使用帶有500MHz探頭的數(shù)字或模擬示波器。
• 導(dǎo)線規(guī)格：建議使用最小AWG 18規(guī)格的導(dǎo)線，且交流源與EVM之間、EVM與負(fù)載之間的導(dǎo)線長(zhǎng)度應(yīng)小于兩英尺。

推薦測(cè)試設(shè)置

• 空載測(cè)試：按照特定的測(cè)試設(shè)置連接設(shè)備，功率分析儀設(shè)置為外部分流模式，并設(shè)置適當(dāng)?shù)碾娏鞅壤蜃雍烷L(zhǎng)平均時(shí)間。
• 帶載測(cè)試：將電子負(fù)載設(shè)置為恒阻模式，調(diào)整交流源電壓，監(jiān)測(cè)輸出電壓和電流。

測(cè)試點(diǎn)說(shuō)明

功率施加與測(cè)試步驟

1. 空載測(cè)試：按照空載測(cè)試設(shè)置連接設(shè)備，設(shè)置功率分析儀參數(shù)，施加電源，監(jiān)測(cè)輸入功率。
2. 帶載測(cè)試：按照帶載測(cè)試設(shè)置連接設(shè)備，設(shè)置電子負(fù)載和交流源，監(jiān)測(cè)輸出電壓和電流。
3. 線路/負(fù)載調(diào)節(jié)率和效率測(cè)量：按照特定步驟進(jìn)行負(fù)載調(diào)節(jié)率和線路調(diào)節(jié)率的測(cè)量，觀察輸出電壓的變化。
4. 輸出電壓紋波測(cè)量：使用示波器探頭測(cè)量輸出電壓紋波。
5. 設(shè)備關(guān)機(jī)：確保EVM上有大于0A的負(fù)載，以快速放電輸出電容，然后關(guān)閉交流源。

性能數(shù)據(jù)與典型特性曲線

效率

在115VAC、60Hz和230VAC、50Hz的標(biāo)稱輸入下，平均效率超過了0.80的設(shè)計(jì)目標(biāo)。若使用定制磁芯的變壓器，并在整個(gè)工作范圍內(nèi)以較低的開關(guān)頻率運(yùn)行，效率還有進(jìn)一步提升的空間。

負(fù)載調(diào)節(jié)率和線路調(diào)節(jié)率

實(shí)際測(cè)量的負(fù)載調(diào)節(jié)率和線路調(diào)節(jié)率均超過了3%的設(shè)計(jì)目標(biāo)，表明該模塊在不同負(fù)載和輸入電壓條件下能夠保持穩(wěn)定的輸出電壓。

空載功耗

在整個(gè)輸入電壓范圍內(nèi)，空載功耗小于20mW，體現(xiàn)了該模塊的低功耗特性。

輸出電壓與輸出電流關(guān)系

在0A至約2.2A的負(fù)載范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)換器處于恒壓工作模式；當(dāng)達(dá)到輸出過流閾值后，轉(zhuǎn)換器進(jìn)入恒流模式，直到輸出電壓降至2V以下時(shí)關(guān)閉。若負(fù)載需求降低到恒流工作區(qū)域，轉(zhuǎn)換器將自動(dòng)重啟。

控制律

隨著負(fù)載的增加，UCC28740將從輕載時(shí)的頻率調(diào)制模式過渡到32kHz固定頻率、峰值電流幅度調(diào)制模式，進(jìn)一步增加負(fù)載將進(jìn)入另一種頻率調(diào)制模式，最大設(shè)計(jì)開關(guān)頻率為71kHz。

波特圖

通過AP Instruments Inc. Model 200模擬網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量得到的增益和相位圖顯示，在115 (V_{AC})、60Hz輸入和2A負(fù)載電流下，交叉頻率為1.38kHz，相位裕度為71度。

瞬態(tài)響應(yīng)、輸出紋波、開啟波形、開關(guān)波形和EMI抖動(dòng)波形

這些波形展示了模塊在不同工作條件下的性能，如瞬態(tài)響應(yīng)能力、輸出電壓紋波大小、開啟和開關(guān)過程的特性以及EMI抖動(dòng)對(duì)信號(hào)的影響等。

EVM組裝圖和PCB布局

UCC28740EVM - 525的印刷電路板設(shè)計(jì)尺寸為50.93mm x 37.36mm，高度主要由USB連接器決定，為18.4mm。通過組裝圖和PCB布局圖，可以清晰地了解模塊的結(jié)構(gòu)和布線情況。

物料清單

詳細(xì)列出了評(píng)估模塊所需的各種組件，包括電容、二極管、電阻、電感、變壓器、MOSFET、控制器等，為工程師進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)和維修提供了參考。

注意事項(xiàng)

• 安全問題：評(píng)估模塊在通電時(shí)存在高電壓，操作時(shí)必須采取適當(dāng)?shù)陌踩胧?。在處理EVM之前，必須確保大的大容量電容和輸出電容完全放電，否則可能會(huì)造成嚴(yán)重傷害。
• 使用限制：該EVM僅用于實(shí)驗(yàn)室/開發(fā)環(huán)境的初步可行性評(píng)估，不能作為生產(chǎn)單元的全部或部分使用。用戶需對(duì)產(chǎn)品的安全性和合規(guī)性負(fù)責(zé)，并確保EVM與人體的接口設(shè)計(jì)符合安全要求。
• 性能限制：超過指定的EVM額定值（如輸入電壓、輸出電壓、電流、功率和環(huán)境范圍）可能會(huì)導(dǎo)致財(cái)產(chǎn)損失、人身傷害或死亡。在連接接口電子設(shè)備和負(fù)載之前，如有疑問應(yīng)聯(lián)系TI現(xiàn)場(chǎng)代表。

UCC28740EVM - 525評(píng)估模塊在恒壓恒流充電方面表現(xiàn)出色，具備多種保護(hù)功能和高效的控制算法，適用于多種消費(fèi)電子應(yīng)用。工程師在使用過程中應(yīng)嚴(yán)格遵循安全規(guī)范和操作說(shuō)明，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。你在實(shí)際使用中是否遇到過類似模塊的問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。