如何基于UCC33420-Q1设计实现微型隔离式直流 / 直流模块实现高功率密度

文档主要介绍了微型隔离式直流 / 直流模块在汽车和工业应用中实现更高功率密度的相关内容，包括其在不同应用场景中的作用、优势，以及德州仪器（TI）的 UCC33420-Q1 电源模块的特点和优势，具体如下：

1. 应用场景及重要性
   • BMS ：监测电池包电压、电流、电芯电压，监测高压电池漏电流及隔离电阻。隔离式直流 / 直流电源为数字隔离器和电流传感器提供电源，优化功率密度等。
   • 电动汽车充电 ：充电站含数据通信接口和隔离式放大器需隔离式直流 / 直流电源，UCC33420-Q1 可提升效率、降低成本、节省空间。
   • PLC I/O 模块 ：PLC 系统通信模块需隔离式辅助电源，UCC33420-Q1 满足其尺寸、电压调节、EMI 等要求。
2. UCC33420-Q1 优势
   • 功率密度高 ：比同类产品高 8.5 倍以上。
   • 尺寸小 ：解决方案尺寸和高度大幅减小。
   • BOM 少 ：数量减少一半。
   • EMI 优化 ：符合相关标准，滤波器设计简单。
     

微型隔离式直流 / 直流模块实现高功率密度主要通过以下方式：

*附件：微型隔离式直流 直流模块如何实现更高的功率密度.pdf

1. 变压器集成化
   • 设计突破 ：得益于变压器设计的突破，能够将变压器和器件完全集成到一个封装中。例如德州仪器（TI）的 UCC33420-Q1 电源模块，将隔离电源变压器、初级和次级侧电桥以及控制逻辑集成到一个封装内，显著缩减了隔离式直流 / 直流电源的高度和尺寸。
   • 尺寸优势 ：这种集成化设计使得在相同输出功率级别下，与分立式变压器解决方案相比，UCC33420-Q1 的功率密度更高，其解决方案尺寸减小 > 89%、高度减小 > 75%。
2. 优化电源模块性能
   • 高效率输出 ：如 UCC33420-Q1 在电动汽车充电应用中，其尺寸小巧且效率出色，在支持高电压的同时可减少外部元件数量，有助于提升整体电源系统效率，从而在一定程度上实现更高功率密度。
   • 精准电压输出 ：在 PLC I/O 模块应用中，UCC33420-Q1 在特定输入电压下能提供高精度的输出电压（如 VIN 为 3V 至 3.6V 和 4.5V 至 5.5V 时，分别提供 5V 和 3.3V 输出电压，精度 <±3%），保证了模块稳定运行，有助于实现高功率密度。
3. 降低电磁干扰（EMI）
   • 优化变压器设计 ：UCC33420-Q1 采用 EMI 优化型变压器，具有 3pF 的初级到次级电容，无需使用 EMI 滤波器即可满足 CISPR 32 标准，还符合 CISPR 25 标准，减少了元件数量和滤波器设计复杂度，使得在布局和设计上更有利于实现高功率密度。

UCC33420-Q1 超小型、 1.5W 、 5.0V 、 3kVRMS 隔离， 汽车 直流/直流模块

UCC33420-Q1 是一款采用集成变压器技术且汽车级的直流/直流电源模块，可提供 1.5W 的隔离式输出功率。它可支持 4.5V 至 5.5V 的输入电压工作范围，并可通过 5.5V 的可选余量调节 5.0V 输出电压。UCC33420-Q1 具有专有变压器架构，可实现 3kVRMS 隔离额定值，同时支持低 EMI 和出色的负载调节。
UCC33420-Q1 集成了保护特性以提高系统稳健性，例如具有故障报告机制的使能引脚、短路保护和热关断功能。

UCC33420-Q1 采用小型化、薄型解决方案 VSON (4.00mm × 5.00mm) 封装，高度为 1.00mm，爬电距离和间隙 > 4.1mm

UCC33420-Q1 特性

*附件：UCC33420-Q1 数据表.pdf

• 1.5W 最大输出功率
• 4.5V 至 5.5V 输入电压工作范围
• 5.0V、5.5V 稳定可选输出电压
  • 5.0V：300mA 可用负载电流
• 0.5% 典型负载调整率
• 2mV/V 典型线性调整率
• 稳健可靠的隔离栅：
  • 隔离等级：3kVRMS
  • 浪涌能力：6.5kVPK
  • 工作电压：1159VPK
  • 200V/nS 共模瞬态抗扰度
• 采用集成式变压器技术的高功率密度隔离式直流/直流模块
• 自适应展频调制 (SSM)
• 符合 CISPR32 B 级辐射标准
• 强磁场抗扰度
• 过载保护和短路保护
• 热关断
• 低浪涌电流软启动
• 具有故障报告机制的使能引脚
• 功能安全型
• 计划的安全相关认证：
  • 符合 DIN EN IEC 60747-17 (VDE 0884-17) 标准的基本隔离
  • 符合 UL 1577 标准且长达 1 分钟的 3kVRMS 隔离
  • 符合 IEC 62368-1 和 IEC 60601-1 终端设备标准的 UL 认证
  • 根据 GB4943.1-2022 标准进行的 CQC 认证
• 具有符合 AEC-Q100 标准的下列特性：
  • 器件温度等级 1：–40°C 至 125°C 环境工作温度范围
• VSON-12 (4.00mm × 5.00mm) 封装