UCC2540 二次侧后级调节器评估模块：多输出电源的高效解决方案

在电子工程师的日常工作中，电源设计是至关重要的一环。今天，我们将深入探讨德州仪器（TI）的 UCC2540 二次侧后级调节器评估模块，它与 UCC38083 搭配使用，为多输出电源设计提供了高效且可靠的解决方案。

文件下载：UCC2540EVM-054.pdf

一、评估模块重要说明

TI 提供的这款评估模块（EVM）仅用于工程开发或评估目的，并非适用于商业用途。它在设计和制造方面可能未包含最终产品通常具备的完整保护措施，如产品安全措施。同时，作为原型产品，它不在欧盟电磁兼容性和低电压指令范围内，可能不符合该指令的技术要求，也无需遵循欧盟标记要求。

如果 EVM 不符合用户指南中的规格，用户可在交付日期起 30 天内退回以获得全额退款。不过，TI 仅提供此独家保修，替代所有其他明示、暗示或法定保修，包括适销性或特定用途适用性的保修。

用户需承担 EVM 正确和安全处理的所有责任和义务。使用 EVM 可能存在严重危险，用户有责任按照良好的实验室规范采取所有预防措施。此外，收到的产品可能不符合法规要求或未获得相关机构认证（如 FCC、UL 等），由于产品采用开放式结构，用户需对静电放电采取适当的预防措施。

二、UCC2540 简介

UCC2540 是一款用于高电流、低输出电压应用的电压模式二次侧同步降压 PWM 控制器。它可作为二次侧后级调节器（SSPR），为多输出电源生成额外的辅助输出；也可作为级联拓扑中隔离式 DC - DC 转换器的本地二次侧控制器。其输入与从主变压器二次绕组或初级侧脉冲变压器导出的脉冲信号同步。在 SSPR 应用中，主输出的初级侧控制可由任何降压衍生拓扑（如正激、推挽、半桥或全桥）生成。UCC2540 是一款高效控制器，能提供紧密的调节、快速的瞬态响应，是多输出电源和级联转换器的经济有效解决方案。

三、评估模块描述

该 UCC2540 二次侧后级调节器评估模块为现有的电流模式控制转换器添加了一个辅助输出。UCC2540 的前沿调制使其易于与正激、半桥或推挽等拓扑中使用的电压模式或电流模式控制初级级兼容。此评估模块采用 UCC38083 推挽 3.3 - V 输出转换器，并增加了一个 1.5 - V、7.5 - A 的输出。UCC38083 用于驱动推挽同步整流器的栅极驱动变压器为 UCC2540 提供了理想的同步脉冲。设备的偏置由现有的整流偏置提供，该偏置用于为二次侧的分立驱动电路供电，UCC2540 同步降压的功率级直接从主变压器的二次侧绕组引出，从而减小了主转换器的电感和输出电容器的尺寸。

如果在给定设计中需要更多输出，可使用此处所示的相同方法轻松添加额外的同步整流和独立调节输出，每个输出都由 UCC2540 控制，受益于其自身的软启动、电流限制和开/关控制。

四、应用领域

1. 多输出电源的二次侧后级调节（SSPR）：为多输出电源提供额外的辅助输出，提高电源的灵活性和稳定性。
2. 级联降压转换器：在级联拓扑中发挥重要作用，实现高效的电压转换。
3. 替代磁放大器和其他低效解决方案：适用于高电流多输出电源，提高电源效率。
4. 总线转换器和直流变压器架构的后处理转换器：为相关架构提供稳定的电源输出。
5. 电信和数据通信设备、工业和计算机电源、测试和医疗仪器以及商用电源：在多个领域都有广泛的应用前景。

五、特性亮点

1. 电压模式控制：提供稳定的电压输出，确保电源的可靠性。
2. 典型 24 - V 输入电压：适应常见的电源输入范围。
3. 3.3 - V、7.5 - A 和 1.5 - V、7.5 - A 输出：满足不同负载的需求。
4. 400 - kHz 二次侧开关频率，200 - kHz 初级侧开关频率：高频开关有助于提高电源效率。
5. 用户可编程辅助输出关断：方便用户根据实际需求控制输出。
6. 并行平均电流模式控制环路：提供两级过流保护，包括恒定电流限制和过流复位/重试。
7. 片上预测栅极驱动：通过最小化同步整流器中的体二极管导通和反向恢复损耗，实现高效的同步降压操作。
8. 双 ±3 - A TrueDrive 输出：适用于高电流应用。
9. 前沿调制：提高电源的响应速度。
10. 高带宽误差放大器：确保精确的电压调节。
11. 热增强 HTSSOP 20 - 引脚 PowerPAD 封装：在标准 20 - 引脚 TSSOP 封装中具有极低的热阻（2°C/W (theta JC)），可容纳双高电流板载驱动器。
12. 跟踪引脚：支持使用顺序、比例或同时方法进行输出排序。

六、电气性能规格

PARAMETER	CONDITIONS	MIN	TYP	MAX	UNITS
Input voltage range (VIN)		18.5	24	35	V
Output voltage regulation (VOUT1)	0 A < IOUT1 < 7.5 A	3.24		3.36	V
Output voltage regulation (VOUT2)	0 A < IOUT2 < 7.5 A	1.47		1.53	V
Output voltage ripple (VRIPPLE1)	VIN = 35 V, IOUT1 = 7.5 A			66	mVp - p
Output voltage ripple (VRIPPLE2)	VIN = 35 V, IOUT2 = 7.5 A			30	mVp - p
Output load current (IOUT1)	VOUT1 = 3.3 V	0		7.5	A
Output load current (IOUT2)	VOUT2 = 1.5 V	0		7.5	A
Efficiency	VIN = 19 V, IOUT1 = 4.5 A, IOUT2 = 4.5 A		86		%

这些规格为工程师在设计电源时提供了重要的参考依据，确保电源在不同条件下都能稳定工作。

七、测试设置

1. 输出负载

对于 (V{OUT1}) 和 (V{OUT2}) 的输出负载，使用可编程电子负载 LOAD1 和 LOAD2，它们设置为恒流模式，分别能够在 3.3 V 和 1.5 V 下吸收 7.5 A 的电流。使用直流电压表直接在测试点测量输出电压 (V{OUT1}) 和 (V{OUT2})，避免在 J3/J4 和 J6/J7 输出端子测量，特别是在高负载电流时，因为连接器上存在有限的电压降。使用直流电流表与负载串联测量每个输出电流 (I{OUT1}) 和 (I{OUT2})。

2. 输入电源

输入电压源应为可变直流源，能够提供 0 VDC 至 35 VDC 的电压，使用直流电压表 (V{IN}) 测量，电流不小于 4 A。为保护 EVM，将源电流限制在不超过 3 ADC。使用直流电流表与输入源电源串联测量 (I{IN})。

3. 网络分析仪

若要测量辅助输出的闭环响应，可将网络分析仪直接连接在 TP28 和 TP29 之间。输出负载和电压反馈之间的 49.9 - Ω 电阻（R51）允许对控制到输出环路响应进行非侵入式测量。

八、电源启动/关闭顺序

1. 电源启动顺序

• 打开电子负载 LOAD1，将其设置为 1.5 A。
• 打开电子负载 LOAD2，将其设置为 1.5 A。
• 打开输入电源，从输入直流电源设置为零伏开始，缓慢将电压增加到 EVM 工作范围（18.5 V 至 35 V）。
• 当输入电压达到或在最大 16.5 V 之前，转换器将开始工作，可在 (V_{IN}) DMM 上测量。

2. 电源关闭顺序

• 将输入电源降低到 0 V 并关闭。
• 关闭两个电子负载。

遵循正确的电源启动和关闭顺序对于保护 EVM 和确保其正常工作至关重要。

九、性能数据和特性曲线

文档中提供了多种性能数据和特性曲线，如典型波形、开启轨迹、输出电压纹波、负载瞬态响应、预测栅极驱动、转换器关断和过流保护等。这些曲线直观地展示了 EVM 在不同工作条件下的性能，工程师可以根据这些曲线评估 EVM 的性能，并进行相应的优化。

十、EVM 组装图和 PCB 布局

文档中给出了 EVM 的组装图和 PCB 布局，包括顶层组装、顶层丝印、顶层掩膜、顶层布线、第二层布线、第三层布线、底层布线、底层掩膜、底层丝印和底层组装等。合理的 PCB 布局对于减少电磁干扰、提高电源效率和稳定性至关重要，工程师可以参考这些布局图进行实际设计。

十一、材料清单

文档详细列出了 EVM 所使用的各种材料，包括电容器、二极管、电感器、MOSFET、晶体管、电阻器、变压器、集成电路和连接器等。同时，还给出了每个元件的型号、数量、描述和制造商等信息。这为工程师在进行元件选型和采购提供了方便。

十二、参考资料

文档提供了相关的参考资料，包括 UCC2540 和 UCC38083 的数据手册以及 50 - W 推挽转换器参考设计等。这些参考资料对于深入了解 UCC2540 和 UCC38083 的工作原理和应用具有重要的指导意义。

综上所述，UCC2540 二次侧后级调节器评估模块与 UCC38083 搭配使用，为多输出电源设计提供了一个高效、可靠且灵活的解决方案。电子工程师在进行电源设计时，可以充分利用该评估模块的特性和优势，提高电源的性能和质量。大家在实际应用中是否遇到过类似的电源设计问题呢？又有哪些独特的解决方案呢？欢迎在评论区分享交流。