UCC28911EVM - 718：一款高效通用離線反激式轉(zhuǎn)換器評估模塊

電子工程師在電源設(shè)計領(lǐng)域，不斷追求高效、穩(wěn)定且低成本的解決方案。而德州儀器（Texas Instruments）推出的UCC28911EVM - 718評估模塊，在這方面表現(xiàn)出眾。下面我將從其特點、電路描述、測試設(shè)置及性能數(shù)據(jù)等方面，為大家詳細(xì)介紹這款評估模塊。

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一、UCC28911EVM - 718 簡介

UCC28911EVM - 718是一款離線反激式電源，它無需光耦合器就能實現(xiàn)隔離輸出電壓和電流的調(diào)節(jié)。其輸入電壓范圍為85 (V{AC}) 至265 (V{AC}) ，頻率范圍是47 Hz至64 Hz，這使得它能適應(yīng)不同的電源環(huán)境，在全球范圍內(nèi)都有廣泛的應(yīng)用前景。

（一）應(yīng)用場景

• USB適配器：適用于手機(jī)、平板電腦和相機(jī)等設(shè)備的USB兼容適配器，能為這些設(shè)備提供穩(wěn)定的電源。
• AC - DC電源：可用于7 - 10 W的AC - DC電源，滿足多種小型設(shè)備的供電需求。

（二）功能特性

• 輸出規(guī)格：具備隔離的7.5 W、5 V輸出，能為負(fù)載提供足夠的功率。
• 寬輸入范圍：支持通用離線輸入電壓范圍，適應(yīng)不同地區(qū)的電源標(biāo)準(zhǔn)。
• 符合規(guī)范：符合USB規(guī)范1.1，保證了與USB設(shè)備的兼容性。
• 高效模式：采用多種操作模式和谷底開關(guān)技術(shù)，在整個工作范圍內(nèi)實現(xiàn)最佳效率。
• 控制方式：初級側(cè)控制消除了對光耦合器的需求，簡化了電路設(shè)計。
• 多重保護(hù)：具備輸出過壓保護(hù)、輸入欠壓保護(hù)、初級過流保護(hù)和熱關(guān)斷等功能，保障了設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。同時，還支持受控啟動和故障保護(hù)后的重啟。

二、電路描述

（一）電源級組成

由二極管橋D1、輸入電容C1和C2、變壓器T1、UCC28911開關(guān)器U1、肖特基整流器D5和電容C7構(gòu)成了轉(zhuǎn)換器的電源級。需要注意的是，UCC28911 U1內(nèi)部包含高壓MOSFET，所以它也是電源級的一部分。電容C8用于過濾電解輸出電容兩端的高頻噪聲。

（二）輸入EMI濾波器

由C1、C2和差模電感L2、L3組成，電阻R1、R2的作用是抑制輸入濾波器的振蕩，并防止在ESD脈沖發(fā)生時L2和L3兩端產(chǎn)生過大電壓。

（三）輸入電流保護(hù)

由熔斷電阻RF1提供輸入電流保護(hù)，確保電路在異常情況下的安全性。

（四）初級側(cè)電壓鉗位

電阻R5、R6，電容C3和二極管D2、D3組成初級側(cè)電壓鉗位電路，防止U1的漏極電壓超過其最大額定值，同時減輕與U1關(guān)斷電壓相關(guān)的EMI電流。

（五）控制器偏置

變壓器T1的輔助繞組、二極管D4、電阻R7和大容量電容C5為控制器提供工作偏置。電容C4是去耦電容，應(yīng)選用低ESR/ESL的高質(zhì)量電容，并盡可能靠近設(shè)備引腳放置，直接連接到設(shè)備接地參考。

（六）其他部分

• 二次側(cè)緩沖器C6和R11用于降低D5的開關(guān)噪聲影響。
• 電阻R9用于設(shè)置啟動電壓閾值。
• 電阻R8和R10用于設(shè)置輸出電壓設(shè)定點。
• 電阻R3和R4用于設(shè)置最大輸出電流。
• 電阻R12用于調(diào)節(jié)空載輸出電壓。

三、EVM測試設(shè)置

（一）測試設(shè)備

• 交流輸入源：采用隔離可變交流源，能提供85 (V{RMS}) 至265 (V{RMS}) 的電壓，功率不低于15 W。為了準(zhǔn)確計算效率，需在交流源和EVM之間插入功率計，并將功率計的電壓端子直接連接到電源兩端。
• 負(fù)載：使用可編程電子負(fù)載，設(shè)置為恒流模式，能夠吸收0至1.5 (A{DC}) 的電流，在10 (V{DC}) 電壓下工作。為提高測量精度，可使用直流電壓表DMM V1直接監(jiān)測輸出電壓 (V_{OUT}) ，使用直流電流表DMM A1串聯(lián)在電子負(fù)載中測量輸出電流。
• 功率計：功率分析儀（如Yokogawa WT210數(shù)字功率計）需能夠測量低輸入電流（通常小于100 μA），在進(jìn)行低功耗待機(jī)模式輸入功率測量時，應(yīng)設(shè)置為長平均模式或積分模式。
• 萬用表：使用兩個數(shù)字萬用表分別測量調(diào)節(jié)后的輸出電壓（DMM V1）和負(fù)載電流（DMM A1）。
• 示波器：推薦使用具有500 MHz探頭的數(shù)字或模擬示波器，用于觀察電路中的波形。
• 連接線：建議使用AWG 24規(guī)格的電線，交流源與EVM之間以及EVM與負(fù)載之間的電線連接長度應(yīng)小于兩英尺。

（二）無負(fù)載和有負(fù)載測試設(shè)置

文檔中分別給出了無負(fù)載和有負(fù)載時的推薦測試設(shè)置圖（圖3和圖4），在進(jìn)行不同測試時，需按照相應(yīng)的設(shè)置進(jìn)行連接。無負(fù)載測試時，功率分析儀應(yīng)設(shè)置為長平均模式以包含多個工作周期，并選用合適的電流比例因子；有負(fù)載測試時，則需根據(jù)實際情況調(diào)整電子負(fù)載的參數(shù)。

四、測試程序

（一）上電操作

1. 按照文檔第6節(jié)的說明設(shè)置EVM。如果要進(jìn)行空載輸入功率測量，將功率分析儀設(shè)置為長平均或積分功率測量模式；如果是有負(fù)載操作，將電子負(fù)載設(shè)置為恒阻模式。
2. 在打開交流源之前，將電壓設(shè)置在85 (V{AC}) 至265 (V{AC}) 之間。
3. 打開交流源。
4. 使用DMM V1監(jiān)測輸出電壓。
5. 使用DMM A1監(jiān)測輸出電流。
6. 此時EVM即可進(jìn)行測試。

（二）空載功耗測試

1. 使用圖3所示的測試設(shè)置，將功率分析儀設(shè)置為積分平均功率模式，電流測量范圍設(shè)置為0.25 A，電壓范圍設(shè)置為300 V，測量模式設(shè)置為RMS。
2. 按照上述上電步驟為EVM供電。
3. 在改變輸入電壓的同時，在功率分析儀上監(jiān)測輸入功率。
4. 在處理EVM之前，確保輸入電源關(guān)閉，大容量電容和輸出電容完全放電。

（三）輸出電壓調(diào)節(jié)和效率測試

負(fù)載調(diào)節(jié)測試

1. 使用圖4所示的測試設(shè)置。
2. 將交流源設(shè)置為85 (V{AC}) 至265 (V{AC}) 之間的恒定電壓。
3. 按照上電步驟為EVM供電。
4. 通過DMM A1測量，將負(fù)載電流從0 A變化到1.5 A。
5. 觀察DMM V1上的輸出電壓，應(yīng)保持在4.75 V至5.25 V之間；此后電流應(yīng)保持在1.425 A至1.575 A之間，直到輸出電壓降至2 V或更低。

線路調(diào)節(jié)測試

1. 將負(fù)載設(shè)置為吸收1.5 A電流。

2. 將交流源從85 (V{AC}) 變化到265 (V{AC}) 。

3. 觀察DMM V1上的輸出電壓，應(yīng)保持在4.75 V至5.25 V之間。

4. 在處理EVM之前，確保輸入電源關(guān)閉，大容量電容和輸出電容完全放電。

（四）輸出電壓紋波測試

1. 在BNC適配器上焊接一個0.1 - μF、50 - V的陶瓷電容和一個4.7 - μF、35 - V的鉭電容，將紅色測試線連接到EVM的 (V{OUT}) 輸出端，黑色測試線連接到 (-V{OUT}) 端。
2. 將BNC電纜的另一端連接到示波器，在示波器上監(jiān)測輸出紋波。
3. 按照上電步驟為EVM供電。

（五）設(shè)備關(guān)機(jī)

1. 確保負(fù)載處于最大狀態(tài)，以便快速放電輸出電容。
2. 關(guān)閉交流源。
3. 在處理EVM之前，確保大容量電容C1、C2和輸出電容C7完全放電。

五、性能數(shù)據(jù)和典型特性曲線

文檔給出了UCC28911EVM - 718的典型性能曲線（圖6 - 圖14）以及相關(guān)數(shù)據(jù)表格，包括不同輸入電壓、頻率下的平均和10%負(fù)載效率（表2）、空載功耗（表3）和典型V - I測試數(shù)據(jù)（表4）。這些數(shù)據(jù)和曲線能夠幫助工程師更直觀地了解該評估模塊在不同工況下的性能表現(xiàn)，為實際應(yīng)用提供參考。

六、EVM組裝圖、布局及材料清單

（一）組裝圖和布局

文檔提供了UCC28911EVM - 718印刷電路板的設(shè)計圖，包括頂視圖（圖15、圖16）和底視圖（圖17），這些圖紙有助于工程師了解電路板的結(jié)構(gòu)和元件布局。

（二）材料清單

詳細(xì)列出了評估模塊所需的各種材料，如電容、電阻、二極管、變壓器、開關(guān)器等，包括它們的型號、規(guī)格、制造商和數(shù)量等信息。以反激式變壓器為例，其材料清單包含EE16/8/5鐵氧體磁芯對、9引腳通孔水平骨架、不同規(guī)格的漆包銅線和絕緣膠帶等；繞組表則詳細(xì)說明了每個繞組的起始和結(jié)束位置、線徑、繞線方向和匝數(shù)等參數(shù)；同時還給出了變壓器的電氣規(guī)格，如直流電阻、電感、介電強(qiáng)度和匝數(shù)比等。

七、使用注意事項和相關(guān)規(guī)定

（一）安全警告

EVM通電時存在高電壓，操作時必須采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施。在處理EVM之前，必須確保大容量電容和輸出電容完全放電，否則可能會造成嚴(yán)重傷害。

（二）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)境中對德州儀器半導(dǎo)體產(chǎn)品進(jìn)行可行性評估、實驗或科學(xué)分析，不得直接或間接組裝在任何成品中，也不得用于商業(yè)銷售或消費用途。

（三）有限保修

德州儀器保證EVM在交付用戶后的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，以及非德州儀器對EVM進(jìn)行的更改或修改所導(dǎo)致的缺陷，德州儀器不承擔(dān)責(zé)任。如果EVM不符合保修規(guī)定，德州儀器的唯一責(zé)任是選擇修復(fù)、更換EVM或為用戶賬戶提供相應(yīng)的信用。

（四）法規(guī)通知

不同國家和地區(qū)對EVM的使用有不同的法規(guī)要求，如美國的FCC規(guī)定、加拿大的Industry Canada規(guī)定、日本的電波法規(guī)定等。用戶在使用EVM時，必須遵守相應(yīng)的法規(guī)要求，否則可能會面臨法律責(zé)任。

綜上所述，UCC28911EVM - 718評估模塊具有高效、穩(wěn)定、多種保護(hù)功能等優(yōu)點，適用于多種電源應(yīng)用場景。通過本文的介紹，相信電子工程師們對該評估模塊有了更全面的了解，在實際設(shè)計中能夠更好地應(yīng)用它。那么你在實際工作中是否遇到過類似的電源模塊設(shè)計問題呢？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。