Texas Instruments UCC14240-Q1穩(wěn)壓汽車(chē)直流-直流模塊是一款高隔離電壓 (3kV RMS ) 直流/直流模塊，設(shè)計(jì)用于為IGBT或SiC柵極驅(qū)動(dòng)器供電。高精度輸出電壓可提供更好的通道增強(qiáng)，從而提高系統(tǒng)效率，而不會(huì)對(duì)功率器件柵極造成過(guò)大的壓力。UCC14240-Q1集成了具有專(zhuān)有架構(gòu)的變壓器和直流/直流控制器，可實(shí)現(xiàn)高效率和超低的發(fā)射。

數(shù)據(jù)手冊(cè)：*附件：Texas Instruments UCC14240-Q1穩(wěn)壓汽車(chē)直流-直流模塊數(shù)據(jù)手冊(cè).pdf

UCC14240-Q1能夠以高效率提供>1.5W（典型值）的隔離輸出功率，包括片上器件保護(hù)，并且需要最少的外部組件。其他功能包括輸入欠壓鎖定、過(guò)壓鎖定、輸出電壓電源正常比較器和過(guò)溫關(guān)斷。此外，該器件還具有軟啟動(dòng)定時(shí)、可調(diào)隔離的正負(fù)輸出電壓、使能引腳和開(kāi)漏輸出電源良好引腳。

特性

• 符合汽車(chē)應(yīng)用類(lèi)AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)
• Fully integrated high-efficiency isolated DC/DC converter with isolation transformer
• 隔離式直流/直流，用于驅(qū)動(dòng)
  • IGBT
  • 碳化硅 FET
• 輸出功率：>1.5W（TA =+105°C時(shí)）
• 輸入電壓范圍： 21 V 至 27 V，絕對(duì)最大值為 32 V
• Adjustable output voltage (with external resistors)
  • 18V 至 25V，±1.3%（整個(gè)溫度范圍 (VDD–VEE)）
  • 2.5V 至 (VDD – VEE)，±1.3 % (COM–VEE)
• 低電磁輻射
• CMTI >150kV/μs
• 36 引腳、 12.8 mm x 10.3 mm x 3.55 mm SOIC 封裝
• 保護(hù)特性
  • UVLO
  • OVLO
  • 電源正常
  • 軟啟動(dòng)
  • 短路
  • Power-limit
  • 過(guò)熱
• 安全相關(guān)認(rèn)證
  • 5657VPK 隔離，符合DIN V VDE V 0884-11:2017-01標(biāo)準(zhǔn)
  • 3000VRMS 隔離，持續(xù)1分鐘，符合UL 1577標(biāo)準(zhǔn)
  • UL認(rèn)證，符合IEC 60950-1、IEC 62368-1和IEC 60601-1終端設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)
  • CQC認(rèn)可，依據(jù)GB4943.1-2011

應(yīng)用示意圖

方框圖

高性能隔離式DC/DC電源模塊UCC14240-Q1技術(shù)解析

一、產(chǎn)品概述

UCC14240-Q1是德州儀器(TI)推出的一款汽車(chē)級(jí)高密度隔離DC/DC電源模塊，專(zhuān)為驅(qū)動(dòng)IGBT和SiC功率器件設(shè)計(jì)。這款高度集成的解決方案將變壓器和DC/DC控制器結(jié)合在一個(gè)緊湊的封裝內(nèi)，具有以下突出特點(diǎn)：

• ?高功率密度?：在36引腳SSOP封裝中提供高達(dá)2W的輸出功率(TA≤85°C時(shí))
• ?寬輸入范圍?：21V至27V工作電壓，32V絕對(duì)最大值
• ?雙路可調(diào)輸出?：
  • (VDD-VEE)輸出可調(diào)范圍18V至25V
  • (COM-VEE)輸出可調(diào)范圍2.5V至(VDD-VEE)
• ?高精度調(diào)節(jié)?：±1.3%的電壓調(diào)節(jié)精度
• ?強(qiáng)健的隔離性能?：>3kVRMS隔離電壓，CMTI >150kV/μs

二、關(guān)鍵特性與技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1. 高效率與低EMI設(shè)計(jì)

UCC14240-Q1采用專(zhuān)有架構(gòu)實(shí)現(xiàn)高效率(典型值>90%)和低輻射：

• ?高頻開(kāi)關(guān)?：11-15MHz工作頻率配合擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)有效降低EMI
• ? 零電壓開(kāi)關(guān)(ZVS) ?：減少開(kāi)關(guān)損耗
• ?集成變壓器?：優(yōu)化設(shè)計(jì)降低寄生參數(shù)，減小輻射

2. 先進(jìn)的保護(hù)功能

該模塊提供全面的保護(hù)機(jī)制確保系統(tǒng)可靠性：

• ?輸入保護(hù)?：欠壓鎖定(UVLO)和過(guò)壓鎖定(OVLO)
• ?輸出保護(hù)?：欠壓保護(hù)(UVP)和過(guò)壓保護(hù)(OVP)
• ?熱保護(hù)?：初級(jí)和次級(jí)獨(dú)立溫度監(jiān)測(cè)，150°C關(guān)斷
• ?短路保護(hù)?：RLIM引腳提供COM-VEE輸出電流限制

3. 汽車(chē)級(jí)認(rèn)證與可靠性

• AEC-Q100 Grade 1認(rèn)證(-40°C至125°C環(huán)境溫度)
• 計(jì)劃認(rèn)證：
  • DIN EN IEC 60747-17(VDE 0884-17)基礎(chǔ)隔離
  • UL1577 3000VRMS 1分鐘隔離
  • CQC GB4943.1基礎(chǔ)絕緣

三、熱設(shè)計(jì)與布局建議

1. 熱管理

• ?封裝特性?：RθJA=52.3°C/W(無(wú)額外散熱)
• ?降額曲線?：參考圖6-2至6-4的安全工作區(qū)(SOA)
• ?布局建議?：
  • 最大化GNDP和VEE引腳銅面積
  • 使用多層板并將內(nèi)層作為散熱路徑

2. PCB布局要點(diǎn)

1. ?去耦電容?：必須緊靠器件引腳放置
2. ?高頻回路?：最小化輸入/輸出環(huán)路面積
3. ?隔離間距?：保持初級(jí)(GNDP)和次級(jí)(VEE)間足夠爬電距離
4. ?信號(hào)分離?：將RLIM與FBVEE走線分開(kāi)以減少耦合

四、典型應(yīng)用場(chǎng)景

UCC14240-Q1非常適合以下應(yīng)用：

1. ?電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)?：
   • 牽引逆變器和電機(jī)控制
   • 車(chē)載充電器(OBC)和無(wú)線充電器
2. ?工業(yè)驅(qū)動(dòng)?：
   • AC逆變器和變頻驅(qū)動(dòng)
   • 機(jī)器人伺服驅(qū)動(dòng)
3. ?電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施?：
   • EV充電站電源模塊
   • 光伏串式逆變器

五、設(shè)計(jì)實(shí)例分析

以驅(qū)動(dòng)SiC MOSFET為例的典型設(shè)計(jì)參數(shù)：

• ?門(mén)極需求?：+20V/-5V雙電源，Qg=220nC
• ?電容計(jì)算?：
  • COUT2=220nC/(10%×20V)=1.1μF→選用2.2μF
  • COUT3=2.2μF×(20V/5V)×(80mA-20mA)/(80mA-40mA)=13.2μF→選用10μF
• ?電阻選擇?：
  • RFBVDD_TOP/RFBVDD_BOT按25V輸出設(shè)計(jì)
  • RFBVEE_TOP/RFBVEE_BOT按5V輸出設(shè)計(jì)
  • RLIM選用1kΩ

六、性能驗(yàn)證

通過(guò)UCC14240EVM-052評(píng)估模塊測(cè)試顯示：

• ?啟動(dòng)時(shí)間?：約3ms完成軟啟動(dòng)(圖8-4)
• ?負(fù)載調(diào)整率?：<1% (圖6-9至6-14)
• ?紋波性能?：
  • 1kHz開(kāi)關(guān)時(shí)VDD-VEE紋波<50mV(圖8-6)
  • 35kHz開(kāi)關(guān)時(shí)VEE-COM紋波<30mV(圖8-7)
• ?效率曲線?：峰值效率>90%(圖6-15至6-17)

七、選型與資源

1. ?訂購(gòu)信息?：
   • UCC14240QDWNRQ1：36引腳SO-MOD封裝
2. ?設(shè)計(jì)資源?：
   • UCC14240EVM-052評(píng)估模塊
   • PMP23223參考設(shè)計(jì)(配UCC21732-Q1門(mén)驅(qū))
3. ?工具支持?：
   • WEBENCH? Power Designer在線設(shè)計(jì)工具