UCC28740EVM - 525：10W恒壓恒流充電器適配器模塊解析

引言

在電子設備飛速發(fā)展的今天，充電器適配器作為重要的電源供應設備，其性能和效率備受關注。德州儀器（Texas Instruments）的UCC28740EVM - 525評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)，適用于消費電子的USB適配器等應用。

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產(chǎn)品概述

基本原理與特點

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

典型應用場景

• 消費電子：適用于智能手機、平板電腦和相機等設備的USB兼容適配器和充電器。
• 備用電源：可作為電視和臺式機的備用電源。
• 白色家電：在家電領域也有一定的應用空間。

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。
• 保護功能完善：具備輸出過流、短路保護，輸出過壓保護，輸入欠壓保護以及故障自動重啟功能。
• 高效運行：平均效率大于80%，采用準諧振谷底開關和頻率抖動技術(shù)，有助于降低電磁干擾（EMI）。

電氣性能規(guī)格

測試設置

測試設備

• 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。為準確計算效率，應在交流源中性線與評估模塊（EVM）中性端子之間插入功率計。
• 輸出負載：使用可編程電子負載，能夠吸收0A至3A的電流。在進行恒流模式測試時，電子負載應設置為恒阻模式。
• 功率計：功率分析儀應能夠測量低輸入電流（通常小于10mA），并具備長平均模式，以進行低功耗待機模式輸入功率測量。
• 萬用表：為確保高精度，可使用直流電壓表直接監(jiān)測輸出電壓，使用直流電流表測量輸出電流。
• 示波器：推薦使用帶有500MHz探頭的數(shù)字或模擬示波器。
• 導線規(guī)格：建議使用最小AWG 18規(guī)格的導線，且交流源與EVM之間、EVM與負載之間的導線長度應小于兩英尺。

推薦測試設置

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

測試點說明

功率施加與測試步驟

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

性能數(shù)據(jù)與典型特性曲線

效率

在115VAC、60Hz和230VAC、50Hz的標稱輸入下，平均效率超過了0.80的設計目標。若使用定制磁芯的變壓器，并在整個工作范圍內(nèi)以較低的開關頻率運行，效率還有進一步提升的空間。

負載調(diào)節(jié)率和線路調(diào)節(jié)率

實際測量的負載調(diào)節(jié)率和線路調(diào)節(jié)率均超過了3%的設計目標，表明該模塊在不同負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系

在0A至約2.2A的負載范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)換器處于恒壓工作模式；當達到輸出過流閾值后，轉(zhuǎn)換器進入恒流模式，直到輸出電壓降至2V以下時關閉。若負載需求降低到恒流工作區(qū)域，轉(zhuǎn)換器將自動重啟。

控制律

隨著負載的增加，UCC28740將從輕載時的頻率調(diào)制模式過渡到32kHz固定頻率、峰值電流幅度調(diào)制模式，進一步增加負載將進入另一種頻率調(diào)制模式，最大設計開關頻率為71kHz。

波特圖

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

瞬態(tài)響應、輸出紋波、開啟波形、開關波形和EMI抖動波形

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

EVM組裝圖和PCB布局

UCC28740EVM - 525的印刷電路板設計尺寸為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

詳細列出了評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，為工程師進行硬件設計和維修提供了參考。

注意事項

• 安全問題：評估模塊在通電時存在高電壓，操作時必須采取適當?shù)陌踩胧Ｔ谔幚鞥VM之前，必須確保大的大容量電容和輸出電容完全放電，否則可能會造成嚴重傷害。
• 使用限制：該EVM僅用于實驗室/開發(fā)環(huán)境的初步可行性評估，不能作為生產(chǎn)單元的全部或部分使用。用戶需對產(chǎn)品的安全性和合規(guī)性負責，并確保EVM與人體的接口設計符合安全要求。
• 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）可能會導致財產(chǎn)損失、人身傷害或死亡。在連接接口電子設備和負載之前，如有疑問應聯(lián)系TI現(xiàn)場代表。

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