探索UCC3889EVM - 001離線低壓電源評估模塊

在電子工程領(lǐng)域，電源設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的一環(huán)。今天，我們將深入探討德州儀器（TI）的UCC3889EVM - 001離線低壓電源評估模塊，它專為TMS320C24x DSPs設(shè)計(jì)，為工程師們提供了一個高效、靈活的電源解決方案。

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一、評估模塊重要須知

TI提供的這款評估套件僅用于工程開發(fā)或評估目的，并非適用于商業(yè)用途。它可能在設(shè)計(jì)、營銷和制造相關(guān)的保護(hù)考慮方面并不完善，包括最終產(chǎn)品通常具備的產(chǎn)品安全措施。作為原型產(chǎn)品，它不在歐盟電磁兼容性指令范圍內(nèi)，可能無法滿足該指令的技術(shù)要求。

如果評估套件不符合用戶指南中的規(guī)格，可在交付日期起30天內(nèi)退貨并獲得全額退款。用戶需承擔(dān)貨物正確和安全處理的所有責(zé)任和義務(wù)，并對TI因貨物處理或使用產(chǎn)生的所有索賠進(jìn)行賠償。同時要注意，收到的產(chǎn)品可能不符合監(jiān)管要求或未獲得相關(guān)機(jī)構(gòu)認(rèn)證（如FCC、UL、CE等），由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)開放，用戶有責(zé)任采取適當(dāng)?shù)撵o電放電預(yù)防措施。

二、動態(tài)警告與限制

輸入電壓范圍

該評估模塊應(yīng)在85 Vac至265 Vac的輸入電壓范圍內(nèi)運(yùn)行。超出指定輸入范圍可能導(dǎo)致意外操作和/或?qū)δK造成不可逆轉(zhuǎn)的損壞。若對輸入范圍有疑問，在連接輸入電源前請聯(lián)系TI現(xiàn)場代表。

輸出負(fù)載范圍

施加超出指定輸出范圍的負(fù)載可能導(dǎo)致意外操作和/或?qū)δK造成永久性損壞。在連接任何負(fù)載到模塊輸出之前，請查閱用戶指南。若對負(fù)載規(guī)格不確定，請聯(lián)系TI現(xiàn)場代表。

溫度注意事項(xiàng)

在正常運(yùn)行期間，一些電路組件的外殼溫度可能超過50°C。只要保持輸入和輸出范圍，模塊設(shè)計(jì)為在某些組件高于50°C的情況下仍能正常運(yùn)行。這些組件包括但不限于線性穩(wěn)壓器、開關(guān)晶體管、通晶體管和電流感測電阻器。在操作過程中靠近這些設(shè)備放置測量探頭時，要注意它們可能很燙。

三、模塊介紹

功能特點(diǎn)

• 緊湊尺寸與低外形：尺寸為2x1x0.5，節(jié)省空間。
• 無變壓器離線應(yīng)用：適用于多種場景。
• 單輸出、低側(cè)控制：控制方式靈活。
• 寬輸入范圍：能適應(yīng)不同的輸入電源。
• 短路保護(hù)和低輸入線保護(hù)：保障模塊安全運(yùn)行。
• 單輸出或雙輸出配置：滿足不同應(yīng)用需求。
• 采用標(biāo)準(zhǔn)、OTS、SMD、低成本組件：降低成本。

應(yīng)用領(lǐng)域

主要應(yīng)用于TMS320C24x DSPs以及低壓、低電流偏置電源。

模塊描述

該評估模塊突出了使用UCC3889離線電源控制器來實(shí)現(xiàn)非隔離、級聯(lián)反激式電源在不連續(xù)電流模式下的控制優(yōu)勢。UCC3889最初用于離線、低功率、低電壓、穩(wěn)壓的內(nèi)務(wù)或偏置電源，能夠在無變壓器的情況下將400 V轉(zhuǎn)換為12 V，且內(nèi)部器件損耗低。由于內(nèi)部固定偏置電阻，UCC3889能調(diào)節(jié)到的最低電壓為5.4 Vdc。不過，使用TPS77401低壓差穩(wěn)壓器（LDO），可以很容易地對5.4 V輸出進(jìn)行后調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)更低的輸出電壓，且只需很少的額外電路。該評估模塊包含一個反饋分壓器網(wǎng)絡(luò)，預(yù)設(shè)為將輸出調(diào)節(jié)到5 Vdc，用戶也可通過移除安裝的跳線選擇3.3 V輸出。

四、原理圖分析

SLUP146A板的原理圖中，輸入端子E1和E2是交流輸入電壓源連接器，可接收標(biāo)準(zhǔn)香蕉插頭。引腳J4和J5是5 V輸出的輸出和返回端，引腳J6和J7是15 V輸出的輸出和返回端。由于沒有隔離接地，輸出返回端J5和J7相同，可以互換參考。

使用UCC3889控制級聯(lián)反激式拓?fù)渲袃蓚€反激階段共享的單個開關(guān)，大大簡化了控制。盡管電源內(nèi)沒有直接的電流感測，但UCC3889仍提供了固有的短路電流保護(hù)。這是因?yàn)殛P(guān)斷時間tOFF與輸出電壓成反比，當(dāng)輸出負(fù)載增加時，輸出電壓略有下降，在短路故障期間，隨著輸出電壓接近零，tOFF趨近于無窮大。同樣，導(dǎo)通時間tON與輸入線電壓成反比，允許設(shè)置最小低線輸入條件。同時改變導(dǎo)通時間和關(guān)斷時間意味著采用可變頻率控制技術(shù)，UCC3889的可變開關(guān)頻率范圍通過正確選擇R1、R2、R3、R4、R5和C2來確定。

由于UCC3889的固定內(nèi)部誤差放大器偏置電阻，控制器能調(diào)節(jié)到的最低輸出電壓約為5.4 V?？赏ㄟ^將U1的引腳3和4短路來選擇該輸出電壓，5.4 V輸出電壓反饋到U1，并用作后調(diào)節(jié)器U2的輸入。

后調(diào)節(jié)通過250 mA的TPS77401 LDO穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)。TPS77401有多種固定低壓輸出，SLUP146A選擇了1.5 - 5.5 V的可調(diào)版本。它非常適合低壓、低電流的DSP電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用，提供220 ms的上電復(fù)位延遲或電源良好（PG）端子，可直接向DSP、ASIC或微處理器提供上電復(fù)位（POR）或低壓指示信號。評估模塊交付時安裝了跳線R13，將LDO輸出配置為調(diào)節(jié)到5 V，移除R13可使LDO調(diào)節(jié)到3.3 V。

15 V輸出通過與VOUT1并聯(lián)的反激階段產(chǎn)生。這種方法的一個缺點(diǎn)是U1的輸出響應(yīng)VOUT1的負(fù)載需求，而不是VOUT2。當(dāng)VOUT1輕載（<25 mA）時，VOUT2可能沒有足夠的占空比來維持15 V調(diào)節(jié)。為了實(shí)現(xiàn)更好的輕載調(diào)節(jié)，在VOUT1上添加了預(yù)載R12。相反，當(dāng)VOUT1滿載時，VOUT2會因更長的占空比而升高，D8將VOUT2鉗位到15 V。VOUT2的目的是為典型DSP電機(jī)控制應(yīng)用中的MOSFET驅(qū)動器供電，對調(diào)節(jié)精度要求不高。在設(shè)計(jì)中包含VOUT2時，需要根據(jù)計(jì)算結(jié)果修改實(shí)際電感、tON和tOFF值，以實(shí)現(xiàn)足夠好的調(diào)節(jié)效果。對于已經(jīng)有MOSFET驅(qū)動器偏置電壓的應(yīng)用，可以消除VOUT2并移除R12，從而略微提高效率。

五、測試設(shè)置

輸出負(fù)載

對于VOUT2和VOUT1的輸出負(fù)載，可以使用負(fù)載電阻、十進(jìn)箱或電子負(fù)載。如果負(fù)載不包含集成數(shù)字電壓表（即非電子負(fù)載），應(yīng)如圖所示將電流表A1和A2與無源負(fù)載串聯(lián)連接。由于評估模塊的輸出功率很低，RTN1和RTN2可以連接在一起，但最好將每個返回端連接到其指定的引腳。要確保VOUT2的負(fù)載限制在小于0.5 W，VOUT1的負(fù)載限制在小于0.6 W。通過移除跳線R13，還可以將評估模塊的VOUT1設(shè)置為3.3 V進(jìn)行評估。

輸入源

輸入電壓應(yīng)為能夠提供85 VRMS至265 VRMS的隔離交流電源，并如圖2所示連接到E1和E2。為了操作人員的安全，交流電源應(yīng)限流至100 mARMS。在施加高電位電壓對評估模塊進(jìn)行探測時要格外小心。SLUP146A也可以從100 Vdc至400 Vdc的分布式直流母線電壓運(yùn)行。在測試此類應(yīng)用時，只需將直流電源的正負(fù)極輸入連接到E1或E2。由于E1和E2連接到橋式整流器，直流正極端子連接到哪一側(cè)都沒關(guān)系。但與使用交流電源一樣，直流電源應(yīng)限流至100 mA，在施加高電位電壓對電路板進(jìn)行探測時要謹(jǐn)慎。從零開始，緩慢增加輸入電壓，同時監(jiān)測VOUT1和VOUT2，直到兩個輸出都達(dá)到調(diào)節(jié)狀態(tài)。

風(fēng)扇

大多數(shù)功率轉(zhuǎn)換器的組件在接近60°C時會變熱。由于該評估模塊沒有封閉，便于探測電路節(jié)點(diǎn)，建議使用一個每分鐘20 - 30立方英尺（CFM）的小風(fēng)扇，以在全輸出負(fù)載或輸入電壓大于150 VRMS時降低組件溫度。

單輸出測試

評估模塊也可以僅提供單輸出，這對于不需要15 V輸出或已經(jīng)從其他源獲得該輸出的應(yīng)用很有用。參照原理圖，移除D5以禁用VOUT2，移除R13（VOUT1的預(yù)載）。由于U1的偏置電壓是通過將VOUT2自舉到VCC提供的，現(xiàn)在需要一個外部實(shí)驗(yàn)室直流偏置電源來維持U1的運(yùn)行。使用圖3所示的測試設(shè)置，可以將U1的偏置電壓VBIAS直接施加到VOUT2輸出引腳。將外部偏置電源初始設(shè)置為0 V，然后緩慢將電壓增加到10 Vdc。U1的偏置電流仍將通過圖1中的R7進(jìn)行限制。對于沒有可用偏置電壓的單輸出應(yīng)用，VCC可以直接離線供電或從分布式直流母線電壓供電，但在所有輸入線變化下，流入U1引腳7的偏置電流必須限制在最大5 mA以下。一旦U1正常運(yùn)行，按照雙輸出配置的相同上電和加載程序進(jìn)行操作。

六、模塊裝配圖和布局

評估模塊的頂層組件布局如圖4所示，同時顯示了引腳編號和必要的組件極性。四層印刷電路板使用頂層和底層進(jìn)行信號走線，中間為分割平面接地層。各層的銅蝕刻情況如圖5 - 8所示。

七、材料清單

八、參考資料

Andreycak, William. Elegantly Simple Off–Line Bias Supply for Very Low Power Applications, Application Report Texas Instruments Literature No. SLUA116.

UCC3889EVM - 001離線低壓電源評估模塊為電子工程師提供了一個強(qiáng)大而靈活的電源解決方案。通過深入了解其特點(diǎn)、原理圖、測試設(shè)置等方面，工程師們可以更好地將其應(yīng)用于實(shí)際項(xiàng)目中。大家在使用過程中有沒有遇到什么特別的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。