UCC2540 二次側后級調(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，電源設計是至關重要的一環(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，為多輸出電源設計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。它在設計和制造方面可能未包含最終產(chǎn)品通常具備的完整保護措施，如產(chǎn)品安全措施。同時，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要求，也無需遵循歐盟標記要求。

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 EVM 正確和安全處理的所有責任和義務。使用 EVM 可能存在嚴重危險，用戶有責任按照良好的實驗室規(guī)范采取所有預防措施。此外，收到的產(chǎn)品可能不符合法規(guī)要求或未獲得相關機構認證（如 FCC、UL 等），由于產(chǎn)品采用開放式結構，用戶需對靜電放電采取適當?shù)念A防措施。

二、UCC2540 簡介

UCC2540 是一款用于高電流、低輸出電壓應用的電壓模式二次側同步降壓 PWM 控制器。它可作為二次側后級調(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)拓撲中隔離式 DC - DC 轉換器的本地二次側控制器。其輸入與從主變壓器二次繞組或初級側脈沖變壓器導出的脈沖信號同步。在 SSPR 應用中，主輸出的初級側控制可由任何降壓衍生拓撲（如正激、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，是多輸出電源和級聯(lián)轉換器的經(jīng)濟有效解決方案。

三、評估模塊描述

該 UCC2540 二次側后級調(diào)節(jié)器評估模塊為現(xiàn)有的電流模式控制轉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、半橋或推挽等拓撲中使用的電壓模式或電流模式控制初級級兼容。此評估模塊采用 UCC38083 推挽 3.3 - V 輸出轉換器，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。設備的偏置由現(xiàn)有的整流偏置提供，該偏置用于為二次側的分立驅(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繞組引出，從而減小了主轉換器的電感和輸出電容器的尺寸。

如果在給定設計中需要更多輸出，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/關控制。

四、應用領域

1. 多輸出電源的二次側后級調(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)降壓轉換器：在級聯(lián)拓撲中發(fā)揮重要作用，實現(xiàn)高效的電壓轉換。
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. 總線轉換器和直流變壓器架構的后處理轉換器：為相關架構提供穩(wěn)定的電源輸出。
5. 電信和數(shù)據(jù)通信設備、工業(yè)和計算機電源、測試和醫(yī)療儀器以及商用電源：在多個領域都有廣泛的應用前景。

五、特性亮點

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：滿足不同負載的需求。
4. 400 - kHz 二次側開關頻率，200 - kHz 初級側開關頻率：高頻開關有助于提高電源效率。
5. 用戶可編程輔助輸出關斷：方便用戶根據(jù)實際需求控制輸出。
6. 并行平均電流模式控制環(huán)路：提供兩級過流保護，包括恒定電流限制和過流復位/重試。
7. 片上預測柵極驅(qū)動：通過最小化同步整流器中的體二極管導通和反向恢復損耗，實現(xiàn)高效的同步降壓操作。
8. 雙 ±3 - A TrueDrive 輸出：適用于高電流應用。
9. 前沿調(diào)制：提高電源的響應速度。
10. 高帶寬誤差放大器：確保精確的電壓調(diào)節(jié)。
11. 熱增強 HTSSOP 20 - 引腳 PowerPAD 封裝：在標準 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、比例或同時方法進行輸出排序。

六、電氣性能規(guī)格

這些規(guī)格為工程師在設計電源時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、測試設置

1. 輸出負載

對于 (V{OUT1}) 和 (V{OUT2}) 的輸出負載，使用可編程電子負載 LOAD1 和 LOAD2，它們設置為恒流模式，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，特別是在高負載電流時，因為連接器上存在有限的電壓降。使用直流電流表與負載串聯(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 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)絡分析儀

若要測量輔助輸出的閉環(huán)響應，可將網(wǎng)絡分析儀直接連接在 TP28 和 TP29 之間。輸出負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)路響應進行非侵入式測量。

八、電源啟動/關閉順序

1. 電源啟動順序

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

2. 電源關閉順序

• 將輸入電源降低到 0 V 并關閉。
• 關閉兩個電子負載。

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

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、負載瞬態(tài)響應、預測柵極驅(qū)動、轉換器關斷和過流保護等。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，并進行相應的優(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)定性至關重要，工程師可以參考這些布局圖進行實際設計。

十一、材料清單

文檔詳細列出了 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，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

文檔提供了相關的參考資料，包括 UCC2540 和 UCC38083 的數(shù)據(jù)手冊以及 50 - W 推挽轉換器參考設計等。這些參考資料對于深入了解 UCC2540 和 UCC38083 的工作原理和應用具有重要的指導意義。

綜上所述，UCC2540 二次側后級調(diào)節(jié)器評估模塊與 UCC38083 搭配使用，為多輸出電源設計提供了一個高效、可靠且靈活的解決方案。電子工程師在進行電源設計時，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。大家在實際應用中是否遇到過類似的電源設計問題呢？又有哪些獨特的解決方案呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。