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  • 适用于汽车和工业应用的评估模块

    • ZHCUCI4B May   2024  – November 2024 UCC33411-Q1 , UCC33421-Q1

       

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  • 适用于汽车和工业应用的评估模块
  1.   1
  2.   说明
  3.   特性
    1.     应用
  4.   5
  5. 1评估模块概述
    1. 1.1 引言
    2. 1.2 套件内容
    3. 1.3 器件信息
      1. 1.3.1 U1 元件选型
      2. 1.3.2 UCC33421-Q1 引脚定义
    4. 1.4 规格
  6. 2硬件
    1. 2.1 EVM 设置和操作
      1. 2.1.1 建议测试设备
      2. 2.1.2 通过外部连接轻松进行评估
      3. 2.1.3 为 EVM 供电
        1. 2.1.3.1 加电以便启动
        2. 2.1.3.2 断电以便关断
      4. 2.1.4 EVM 测试点
      5. 2.1.5 示波器探头：探测 EVM
  7. 3实现结果
    1. 3.1 原理图
    2. 3.2 性能数据
      1. 3.2.1 效率数据
      2. 3.2.2 调节数据
      3. 3.2.3 启动波形
      4. 3.2.4 浪涌电流
      5. 3.2.5 交流纹波电压
      6. 3.2.6 负载瞬态
      7. 3.2.7 VCC 短路
      8. 3.2.8 热性能
  8. 4硬件设计文件
    1. 4.1 组装和印刷电路板 (PCB)
    2. 4.2 物料清单 (BOM)
  9. 5其他信息
    1. 5.1 商标
  10. 6修订历史记录
  11. 重要声明
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EVM User's Guide

适用于汽车和工业应用的评估模块

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说明

UCC33421EVM-092 旨在供设计人员快速轻松地评估 UCC33421-Q1 的性能特性和能力，以便在汽车和工业偏置应用中使用。该 EVM 可供用户测试 UCC33421-Q1 的各项功能，例如：器件的启用/故障 (EN/FLT) 引脚，使用 SEL 引脚将隔离式输出电压配置为 VISO=5.0V 或 VISO=5.5V，以及在输出上应用可变负载。借助该 EVM，用户可以根据系统要求，测量输入电压范围内和不同输出负载条件下的效率。

特性

  • UCC33421-Q1 具有隔离式偏置电源电压的 1.5W 直流/直流隔离式转换器模块
  • 变压器、功率级和控制级完全集成在 5.85mmx7.50mmx2.65mm DHA-16 封装中
  • AEC-Q100、5kVrms 隔离、保护特性和低电磁辐射
  • EVM 展示了汽车和工业应用中使用的隔离式偏置电源

应用

  • 电池管理系统 (BMS)
  • 混合动力汽车/电动汽车 OBC 和直流/直流转换器
  • 牵引逆变器
  • 工厂自动化 PLC 模块
  • 电动汽车充电基础设施
  • 数字隔离器的隔离式辅助电源
  • 隔离式电压和电流传感器的隔离式偏置
  • 适用于 RS-485、RS-422 和 CAN 的隔离式辅助电源
  • 适用于 MCU 电源的隔离式辅助电源

UCC33421EVM-092 UCC33421EVM-092（顶视图）UCC33421EVM-092（顶视图）
UCC33421EVM-092 UCC33421EVM-092（底视图）UCC33421EVM-092（底视图）

1 评估模块概述

1.1 引言

本用户指南为使用 UCC33421EVM-092 评估德州仪器 (TI) 的 UCC33421-Q1 高频、集成变压器、直流/直流转换器、低辐射、5kVRMS 增强型隔离模块提供了说明和指导。UCC33421-Q1 采用超小型 DHA-16 封装，可提供高功率密度、1.5W 标称功率。UCC33421-Q1 在从初级侧到次级侧的功率转换方面提供了出色的效率，同时不再需要现有设计中常用的外部变压器或电源模块。这种集成可大幅缩减印刷电路板 (PCB) 面积和厚度

1.2 套件内容

表 1-1 UCC33421EVM-092 套件内容
位号 说明 数量
PCB1 UCC33421EVM-092 电路板 1

1.3 器件信息

1.3.1 U1 元件选型

UCC33421-Q1 是 UCC33421EVM-092 中采用的默认 IC，但评估时可以使用表 1-1 中列出的任意替代版本。表 1-1 中列出的每个元件版本都彼此引脚对引脚兼容和 BOM 对 BOM 兼容

表 1-2 UCC334x1-Q1 器件
通用器件型号 可订购器件型号 输入电压/输出电压/隔离
UCC33421-Q1 UCC33421QDHARQ1 4.5V 至 5.5V/5.0V/5kVRMS
UCC33421 UCC33421DHAR 4.5V 至 5.5V/5.0V/5kVRMS
UCC33411-Q1 UCC33411QDHARQ1 4.5V 至 5.5V/3.3V/5kVRMS
UCC33411 UCC33411DHAR 4.5V 至 5.5V/3.3V/5kVRMS

如果需要替换 IC，TI 建议始终采用最佳焊接技术实践，这可能包括采取适当的 ESD 预防措施并安排擅长表面贴装焊接和板级返工的合格人员。

1.3.2 UCC33421-Q1 引脚定义

图 1-1 UCC33421-Q1 封装（顶视图）
表 1-3 UCC33421-Q1 引脚说明
引脚 类型(1) 说明
名称 编号
EN/FLT 1 I/O

多功能使能输入引脚和输出故障引脚。通过一个 18kΩ 或更大的上拉电阻器连接到微控制器。

使能输入引脚：强制 EN 为低电平会禁用器件。上拉至高电平以启用正常的器件功能。

故障输出引脚：该引脚被拉至低电平 200μs，以警示电源转换器因故障情况而关断。
VINP 2、3 P 初级输入电源电压。在 VINP 至 GNDP 引脚附近并联连接 15nF (CIN1) 0402 和 10µF (CIN2) 陶瓷旁路电容器。
GNDP 4、5、6、7、8 G VINP 的电源接地回路连接。
SEL 9 I VCC 选择引脚。当 SEL 连接到 VCC 时，VCC 设定点为 5V；当 SEL 短接至 GNDS 时，则为 5.5V。
VCC 10、11 P 隔离式电源输出电压引脚。在 VCC 和 GNDS 引脚附近并联连接 15nF (COUT1) 0402 和 22µF (COUT2) 陶瓷旁路电容器。
GNDS 12、13、14、15、16 G VCC 的电源接地回路连接。
(1) P=电源，G=接地，I=输入，O=输出

1.4 规格

表 1-4 UCC33421-Q1 的 EVM 电气特性 VINP=5V，VCC=5V，TA=25°C（除非另有说明）
参数 测试条件 最小值 典型值 最大值 单位
输入特性
VINP 输入电压范围 PVCC=1.5W 4.5 5 5.5 V
IIN_FL 满载时的输入电流 VINP=4.5V 至 5.5V，VCC=5.0V，Iout=300mA 489 508 529 mA
IIN_NL 空载时的输入电流 VINP=5.0V，VCC=5.0V，Iout=0mA 7 15 mA
输出特性
VCC 直流满载设定点 VINP=4.5V 至 5.5V，VCC=5.0V，Iout=300mA 4.85 5 5.15 V
Iout VCC 负载电流范围 VINP=4.5V-5.5V 0 300 mA
VCC%LD 负载调整率 VINP=5.0V，VCC=5.0V，Iout=0mA 至 300mA 0.5 %
VCC(AC) 峰峰交流纹波 20MHz 带宽，VINP=5.0V，VCC=5.0V，Iout=300mA，Ta=25ºC，COUT=22uF 50 75 mV
PMAX 建议的最大输出功率 VINP=5.0V，Iout=300mA，Ta=25ºC 1.5 W
系统特性
η 满负载效率 VINP=5.0V，VCC=5.0V，Iout=300mA，Ta=25°C，COUT=22uF 59 %
fSW 开关频率 64.5 MHz
表 1-5 UCC33411-Q1 的 EVM 电气特性 VINP=5V，VCC=3.3V，TA=25°C（除非另有说明）
参数 测试条件 最小值 典型值 最大值 单位
输入特性
VINP 输入电压范围 PVCC=1W 4.5 5 5.5 V
IIN_FL 满载时的输入电流 VINP=4.5V 至 5.5V，VCC=3.3V，Iout=300mA 375 395 412 mA
IIN_NL 空载时的输入电流 VINP =5.0V，VCC=3.3V，Iout=0mA 7 15 mA
输出特性
VCC 直流满载设定点 VINP=4.5V 至 5.5V，VCC=3.3V，Iout=300mA 3.2 3.3 3.4 V
Iout VCC 负载电流范围 VINP=4.5V-5.5V 0 300 mA
VCC%LD 负载调整率 VINP=5.0V，VCC=3.3V，Iout =0mA 至 300mA 0.5 %
VCC(AC) 峰峰交流纹波 20MHz 带宽，VINP=5.0V，VCC=3.3V，Iout=300mA，Ta=25ºC，COUT=22uF 50 75 mV
PMAX 建议的最大输出功率 VINP=5.0V，Iout=300mA，Ta=25ºC 1 W
系统特性
η 满负载效率 VINP=5.0V，VCC=3.3V，Iout=300mA，Ta=25°C，COUT=22uF 52 %
fSW 开关频率 64.5 MHz

2 硬件

2.1 EVM 设置和操作

2.1.1 建议测试设备

  1. VEN：直流电源 1：5.0V，10mA
  2. VINP：直流电源 2：5.0V，1A
  3. Iout：电子负载或固定电阻器：5V，500mA
  4. 用于测量 <10V 直流电压的 (2) 个 DVM
  5. 用于在 IVINP 和 Iout 上测量 <1.0A 直流电流的 (2) 个 DVM
  6. 示波器：4 通道，500MHz 或更高，电压探头，电流探头
  7. 最小线规 20AWG 至 22AWG 或更大
  8. 热像仪或热电偶测量 U1 外壳温度

2.1.2 通过外部连接轻松进行评估

UCC33421EVM-092 EVM 利用螺丝接线端轻松连接至 VINP 和 VCC。EN 连接通过引脚连接器来实现。连接适当的电流表和电压表，如图 4-1 所示，以便进行准确的 EVM 效率测量。

连接测试设备：

  1. 在 J1:1-2 (VINP-GNDP) 处连接能够提供电压 4.5V<VINP<5.5V 和电流 1A 的 VINP 直流电源。将电源禁用，将电源调整为 5.0V，并将电流限值设置为 4A。
  2. 在 J2:2-1 处连接一个能够提供 5V 100mA 的电源或函数发生器，以用作 EN/FLT 的上拉偏置。电源被禁用时，设定为 3.3V/5.0V。用户可以选择在 J2：1-2（左上角）处连接跳线来短接 +VINP 和 EN 引脚，从而将输入电源用作偏置电源。
  3. 在 J3:1 (VCC) 和 J3:2 (GNDS) 之间连接一个可变负载。如果使用电子负载，则设置为恒定电流 (CC) 300mA。在 EVM 通电之前，将负载保持为禁用状态。
  4. 当设置在低 mA 范围内时，某些电子负载无法调节或无法稳定 CC。通过插入电流表来监测输入电流和负载电流，如图 2-1 所示。电流探头可以与示波器结合使用，以验证由电子负载调节的直流电流的稳定性。
UCC33421EVM-092 典型效率测量设置图 2-1 典型效率测量设置

2.1.3 为 EVM 供电

警告：

UCC33421EVM-092

  • 表面高温。接触会导致烫伤。U1 封装表面温度可达到环境温度以上 100°C。请勿触摸。
  • 除非您受过功率电子产品安全、处理和测试方面的适当培训，否则不要测试此 EVM。

2.1.3.1 加电以便启动

  1. 验证 VINP 和 VEN 电源是否关闭/禁用，并且未向 DUT 施加电压。
  2. 验证 VCC 上的负载是否已禁用。
  3. 打开 VINP 直流电源。验证 TP1 至 TP2 是否存在 5V 电压。
  4. 打开 VEN 辅助电源。现在，EVM 在无负载条件下的输出 VCC 已处于稳压状态。
  5. 验证 VCC-GNDS 上是否存在 5V 电压。
  6. 在 VCC 上启用300mA 负载。
  7. UCC33421-Q1 现在正在调节 VCC 并处理约 1.5W 的隔离式输出功率。
  8. VINP 在 4.5V<VINP<5.5V 之间变化，Iout 在 0mA<Iout<300mA 之间变化。
  9. 将示波器探头插入 TP3 和 TP6，以测量 VINP 和 VCC 启动、稳态和交流纹波电压。

 
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