UCC24636EVM評估模塊：高效同步整流解決方案

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

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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險，可能會導致電擊、燒傷等嚴重后果，因此在操作過程中要嚴格遵守安全規(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，以便及時應對突發(fā)情況。同時，在模塊和其接口電子設備通電的區(qū)域，要設置有效的屏障和警示標識，提醒人員注意高電壓危險。對于超過50V的開發(fā)環(huán)境，相關設備要連接到受保護的緊急電源關閉（EPO）保護電源插線板上，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、輸出和電氣負載斷電，并再次確認模塊已安全斷電。在確認模塊斷電后，進行電路配置、接線、測量設備連接等操作時，仍要假設模塊電路和測量儀器帶電。當模塊準備就緒后，再按預期通電。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

為了保護自身安全，操作人員要穿戴個人防護裝備，如乳膠手套和帶側護罩的安全眼鏡。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）反激式轉換器的輸出整流器從二極管轉換為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。它能感應變壓器磁化期間的伏秒（V - s）乘積，并控制板載SR MOSFET的導通時間，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)極低的導通損耗，顯著提高轉換器的效率。該模塊適用于輸出電壓范圍為5V至28V、電流水平高達5A的轉換器，但在特殊情況下也可進行調(diào)整。不過，它不適用于任何情況下都能在連續(xù)導通模式（CCM）下運行的反激式轉換器，對于CCM反激應用，可參考UCC24630 SR控制器及其相關的UCC24630EVM - 636。

三、模塊特點

應用場景廣泛

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

功能特性豐富

• 靈活的電源連接：在低側應用中，VDD可直接連接到轉換器輸出電壓軌，范圍為5V至28V。
• 用戶可編程：配備用戶可編程的分壓網(wǎng)絡，可根據(jù)具體應用調(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值針對應用計算后為0.4V至2.2VDC，VSC電壓范圍在R4值針對應用計算后為0.3V至2.2VDC，SR - MOSFET的漏極電壓可達100VDC，導通電阻在TJ = 25°C、VDD ≥ 12V時為5.3至6.4mΩ等。這些參數(shù)為工程師在設計和應用中提供了重要的參考依據(jù)。

五、測試設置

測試設備準備

進行測試時，需要準備一系列設備。交流電壓源應是能提供85VAC至265VAC、功率不低于20W的隔離可變交流源；輸出負載可使用能吸收超過轉換器輸出電流額定值的隔離可編程電子或電阻負載，進行電流限制測試時，電子負載應設置為恒定電阻模式；推薦使用最小18AWG（1 - mm直徑）的電線進行大電流連接，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、風扇和功率分析儀等設備。功率分析儀用于精確計算效率和測量待機功率，其電流測量應插入交流源到轉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反激式轉換器中。在安裝前，要對轉換器進行一些修改，如將高側二極管短路，然后將SR EVM插入低側路徑。連接好電源和負載后，按照以下步驟進行測試：

1. 按照要求設置轉換器EVM，若測試效率或待機功率，需按制造商建議設置功率分析儀。
2. 若使用電子負載，將其設置為恒定電阻模式。
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. 將交流源電壓設置在85VAC至265VAC之間。
5. 按需改變線路和負載，評估SR在轉換器全運行范圍內(nèi)的性能。
6. 參考UCC28740EVM - 525用戶指南，進行除效率和待機輸入功耗之外的其他功能特性測試。

設備關機

測試結束后，為了安全地關閉設備，要先對輸出電容器進行快速放電，可在轉換器EVM上施加大于0.1A的負載。然后關閉交流源，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年歐盟行為準則平均效率目標而設定的0.79設計目標；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定的0.787設計目標。不過，在負載小于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致的。當負載降低使轉換器的平均開關頻率低于約5kHz時，UCC24636會進入待機模式，以最小化待機功率，此時SR - MOSFET通過體二極管導通進行整流。

七、高側二極管替換方案

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。理想情況下，(N{B})與(N{S})的匝數(shù)比應為1:1，使VDD跟蹤(V{OUT})，但這并非嚴格要求。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)絡要補償電壓差異，使VSC跟蹤(V{OUT})，就像SR在低側應用中一樣。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})繞組上使用標準恢復二極管可避免VDD因漏感效應而出現(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(V{OUT})最高值的固定參考電壓進行編程。由于VSC不能跟蹤(V{OUT})，需要在SR時序上進行妥協(xié)，以適應(V_{OUT})的變化。這種方法可能導致SR導通時間縮短，從而增加損耗，降低效率。在采用這種高側SR配置之前，需要充分考慮其缺點，確保應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半導體產(chǎn)品進行可行性評估、實驗或科學分析，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、不當安裝或測試，以及非TI實體對模塊進行的任何更改或修改所導致的缺陷，TI不承擔責任。若模塊不符合保修條件，TI的唯一責任是選擇修復、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批準的套件在組裝后若要轉售或銷售，必須先獲得所有必要的FCC設備授權；符合FCC規(guī)則第15部分的設備有相應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，對于進入日本的模塊，有相關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/或安全關鍵評估，包括但不限于生命支持應用評估。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，用戶要自行承擔確定模塊是否符合適用法律法規(guī)的責任，以及正確處理和回收模塊的責任。

免責聲明

除上述有限保修外，模塊及其相關設計材料按“原樣”提供，TI不承擔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、商業(yè)秘密或其他知識產(chǎn)權的保證。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責任，且TI的總責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。若用戶認為訂單收費有誤或交付違反適用訂單，應聯(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大的工具，用于研究和實現(xiàn)同步整流技術。在使用過程中，嚴格遵守安全規(guī)程和相關條款，能確保模塊的安全、有效使用，為電源設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。