探索UCC25600EVM：300W LLC谐振半桥转换器评估模块

在电子工程领域，高效的电源转换一直是追求的目标。今天，我们将深入探讨德州仪器（Texas Instruments）的UCC25600EVM评估模块，这是一款300W的LLC谐振半桥转换器，为工程师们提供了一个评估和开发高性能电源解决方案的理想平台。

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1. 引言

UCC25600评估模块（EVM，型号HPA341）是一款300W的LLC谐振半桥转换器。它能够在最大300W的负载功率下，提供标称12V的稳压输出电压，并且在初级和次级之间具备强化隔离，适用于AC - DC离线应用，其工作直流电源为390V。该EVM采用了UCC25600谐振半桥控制器，集成了先进的效率提升特性和高级保护功能，为LLC谐振半桥转换器应用提供了经济高效的解决方案。在次级侧，使用了两块带有二极管的子卡HPA410进行整流。

不过，在使用EVM时必须采取适当的预防措施。当EVM通电时以及断电后的短时间内，板上会存在超过390V的高压和高于70°C的温度。此外，通电时需要强制风冷。

2. 典型应用与特性

2.1 典型应用

LLC谐振半桥转换器常见于电视等应用中，由于其零电压开关特性，能够实现更高的功率转换效率。这类转换器还可扩展到计算机和服务器的ATX12电源等低压应用中，以实现更好的节能效果。UCC25600EVM为评估UCC25600 LLC谐振控制器提供了一个平台，它可以处理来自PFC（功率因数校正）的输入电压，并输出额定功率为300W的12V电压。

2.2 特性

• 300W输出功率额定值：能够满足较高功率的应用需求。
• 高效率：峰值效率可达92%，满载时效率超过91%。
• 稳压输出：标称输出电压为12V。
• 输入直流电压：390V。
• 丰富的测试点：便于对设备进行评估。
• 保护功能：具备过流保护和输出过压保护。
• 轻载时的突发操作：有助于提高轻载效率。

3. 电气性能规格

UCC25600EVM的电气性能规格涵盖了输入特性、输出特性、效率等多个方面，具体如下表所示：	PARAMETER	TEST CONDITIONS	MIN	TYP	MAX	UNITS
Input Characteristics
Voltage range	V IN	375	390	405	V DC
Maximum input current	V IN = 390 V DC , I OUT = 25A			0.88	A
Switching frequency	V IN = 390 V DC , I OUT = 25A		110		kHz
Output Characteristics
Output voltage V OUT	V IN : 390 V DC , I OUT : 1A	11.9	12	12.2	V DC
Load current1 (1)	V IN : 390 V DC	0		25	A
Continuous output power	V IN : 390 V DC			300	W
Line regulation	V IN : 375 V DC to 405 V DC , I OUT = 1.0A			5
Load regulation	V IN : 390 V DC , I OUT : 1 - 25A			50	mV
Load starting burst (1)	V IN : 390 V DC		0.5		A
Ripple and noise (20 MHz BW)	V IN : 390 V DC , I OUT = 25A				120 mVpk - pk
Over current threshold, I o_ocp	V IN : 390 V DC		30		A
Max power limit	V IN : 390 V DC		350		W
Efficiency
Peak	V IN = 390 V DC , I OUT = 15 A		92.5%
Full load	V IN = 390 V DC , I OUT = 25 A		91%
Operation ambient temperature	Full load, forced air cooling 400 LFM			45	°C

需要注意的是，EVM输出可能会根据负载水平和负载降低速度呈现锯齿波形或高于调节点（约13.1V）的电压。锯齿波形是由UCC25600的突发操作引起的，而13.1V的输出电压是由输出过压保护导致的。

4. 测试设置

4.1 测试点列表

EVM提供了大量的测试点，分为初级测试点和次级测试点两组，方便对设备进行评估。具体测试点的名称、参考编号和连接方式如下表所示：	PRIMARY TEST POINTS			SECONDARY TEST POINTS
NAME	REF DES	CONNECTION	NAME	REF DES	CONNECTION
Vin	TP1	Module input voltage +	Vxm	TP7	T2 pin 12
PGND	TP3	Module input voltage -	Vxm	TP12	T2 pin 7
Vbias	TP20	Primary Bias 12V +	VOUT	TP9	T2 pin 9 & 10
GND	TP23	Primary Bias 12V -	VO+	TP10	Output +
SS	TP26	UCC25600 SS - pin	VO -	TP18	Output -
VDD	TP22	UCC25600 VCC - pin	Loop +	TP19	Loop measure +
GD1	TP24	UCC25600 pin 8	Loop -	TP21	Loop measure -
GD2	TP25	UCC25600 pin 5	VOripple	TP15	Output ripple
VG5	TP4	Q5 gate
OC	TP17	UCC25600 pin 3
VG6	TP11	Q6 gate
SW1	TP6	Switch node of Q5 and Q6
PGND	TP16	Power GND
Icr	TP2	Resonant tank current
Vxm	TP5	T2 pin 6
Vcr	TP13	Resonant capacitor voltage
OUTB	TP14	T3 pin 1
OUTA	TP8	T3 pin 4

4.2 测试设备

• 电压源：输入源应为能够提供390V DC且最小电流额定值为1.0A DC的恒定直流源。
• 万用表：用于测量输出电压（DMM1）、输入电压（DMM3）、输出电流（DMM2）和输入负载电流（DMM4）。
• 输出负载：建议使用可编程电子负载，可配置为恒流模式，能够从12V DC吸收0A DC至25A DC的电流。可以通过将直流电压表DMM1连接到感测引脚（TP10和TP18）来监测输出电压，将直流电流表DMM2与电子负载串联以准确测量输出电流。同样，可以通过将直流电压表连接到感测引脚（TP1和TP3）来监测输入电压，使用直流电流表监测输入电流。
• 示波器：将示波器通道设置为交流耦合，带宽为20MHz。

4.3 上电和下电注意事项

• ESD防护：建议使用ESD工作站，在从保护包装中取出EVM并通电之前，确保离子发生器开启。操作人员应穿戴静电服和安全眼镜。
• 上电步骤
  1. 设置一个最小400LFM或2.0m/s强制气流的风冷风扇，气流方向应指向DB1和DB2的中间并朝向变压器T2，测试过程中风扇应一直开启。
  2. 在连接直流输入源之前，将源电流限制在最大1.0A，确保直流源在开启前初始设置为390V DC，然后将直流源连接到EVM。
  3. 按照图3所示连接电流表DMM2和DMM4。
  4. 按照图3所示连接电压表DMM1和DMM3。
  5. 如果要带负载运行，按照图3所示将电子负载连接到EVM，将负载设置为恒流模式，初始值为1.0A。注意，如果负载小于1.0A，UCC25600可能处于突发操作，EVM输出电压可能会出现打嗝现象。
  6. 开启直流源，观察输出电压，其输出电压应标称12V DC。
  7. 在1.0A至25A之间变化负载。
• 下电步骤
  1. 关闭直流源。
  2. 关闭负载。

4.4 推荐测试设置

具体的推荐测试设置可参考文档中的图3。

5. 测试程序

5.1 线路/负载调节和效率测量程序

将负载设置为1.0A，输入电压设置在375V DC至405V DC之间。在开启电源之前，将输入源电流限制设置为1.0A，以避免潜在损坏，尽管EVM的功率限制典型值为350W。开启输入源，线路和负载调节的参考测试结果可在第7节中找到。

5.2 输出纹波测量

在测量线路和负载调节的同时，可以测量输出电压纹波。应使用尖端 - 桶形方法进行输出电压纹波测量，EVM提供了此类测试点，方便使用泰克示波器进行测量。输出电压纹波的参考测试结果可在第7节中找到。

5.3 效率计算

效率可以根据第6.1节获得的测试数据进行计算。为了正确测量输入和输出电压以进行效率计算，应使用测试点TP1和TP2测量输入电压，使用测试点TP10和TP18测量输出电压。效率的参考结果可在第7节中找到。

5.4 波特图测量

要测量环路补偿波特图，可以通过测试点TP19和TP21注入扫描信号。使用TP19和TP21测量整个系统的波特图，使用TP21和U3引脚4测量控制器的波特图，使用U3引脚4和TP19测量调制器的波特图。

5.5 其他测试

EVM提供了大量的测试点，方便对设备进行评估。用户可以使用这些测试点对感兴趣的功能进行测量。测试点分为初级侧组和次级侧组，在测量设置过程中，要特别注意不同的接地选择。EVM在初级和次级之间设计了3500V的强化绝缘，因此两侧没有公共接地作为测量参考点，即每一侧都有自己的接地用于测量参考。

6. 性能数据和典型特性曲线

文档中的图4至图17展示了UCC25600EVM的典型性能曲线，包括线路调节、负载调节、效率、输出电压纹波波形、软启动波形、谐振电路电压和电流等方面。这些曲线为工程师们提供了直观的性能参考，有助于深入了解EVM的工作特性。

7. EVM组装图和PCB布局

图18至图26展示了用于EVM的四层印刷电路板的布局，包括顶层组件、顶层铜层、底层组件和底层铜层等。了解PCB布局对于理解EVM的结构和设计原理非常有帮助，同时也有助于进行进一步的调试和优化。

8. 材料清单

文档提供了EVM的组件清单，包括电容器、二极管、电感器、MOSFET、晶体管、电阻器、开关、变压器、集成电路等各种元件的数量、参考编号、描述、制造商和零件编号。这对于工程师们进行元件选型和替换非常有帮助。

9. 参考资料和修订历史

文档还提供了相关的参考资料，如UCC25600 8引脚高性能谐振模式控制器的数据手册。同时，记录了从原始版本（2009年4月）到A版本的修订历史，包括新的FET零件编号等变化。

10. 标准条款和注意事项

10.1 EVM使用限制

• EVM仅用于产品或软件开发人员在研发环境中进行TI半导体产品的可行性评估、实验或科学分析，不得直接或间接组装到任何成品中。
• EVM不适合消费者或家庭使用，用户不得将其用于商业目的，包括销售、再许可、租赁、出租、出借、转让或分发。

10.2 有限保修和相关补救措施/免责声明

• TI保证TI EVM在交付给用户后的90天内符合TI公布的规格。但如果不符合规格是由于用户的疏忽、误用、不当安装或测试，或者EVM被非TI实体更改或修改，或者用户未按时付款等原因导致的，TI不承担责任。
• 用户必须在交付后的10个工作日内通知TI任何明显的缺陷，在检测到隐藏缺陷后的10个工作日内通知TI，否则用户对TI的索赔将无效。
• TI的唯一责任是选择修复或更换不符合保修规定的EVM，或者向用户的账户贷记相应的EVM费用。

10.3 监管通知

• 美国：对于未获得FCC批准的EVM，在组装后未经获得所有必要的FCC设备授权不得转售或销售。对于符合FCC规则第15部分的EVM，操作需满足一定条件，并且更改或修改未经负责合规的一方明确批准可能会使设备失去操作权限。
• 加拿大：对于符合Industry Canada证书的EVM，操作需满足不造成干扰和接受任何干扰的条件。对于带有可拆卸天线的EVM，必须使用经Industry Canada批准的天线类型和增益。
• 日本：进入日本的EVM可能未获得TI认证符合日本无线电法的技术法规。用户在日本使用EVM时，需要遵循日本无线电法的相关规定，如在屏蔽室或特定测试设施中使用、获得测试无线电台许可证或技术法规合规认证等。
• 欧盟：对于符合EU Directive 2014/30/EU（电磁兼容性指令）的EVM，这是一款A类产品，适用于非家庭环境中连接到为家庭用途建筑供电的低压电源网络。在家庭环境中使用可能会导致无线电干扰，用户可能需要采取适当措施。

10.4 EVM使用限制和警告

• EVM不得用于功能安全和/或安全关键评估，包括但不限于生命支持应用的评估。
• 用户在处理或使用EVM之前，必须阅读并遵循TI提供的用户指南和其他可用文档，包括任何警告或限制通知。
• 用户应在TI推荐的规格和环境条件下操作EVM，超过规定的性能评级和规格可能会导致人身伤害、死亡或财产损失。
• EVM仅适用于技术合格的专业电子专家，用户承担EVM正确和安全处理及使用的所有责任和义务。
• 用户负责确定EVM是否符合适用的国际、联邦、州或地方法律法规，并承担合规责任和义务。

10.5 信息准确性和免责声明

• TI尽力提供准确的EVM信息，但不保证EVM描述、可用性或其他信息的准确性、完整性、可靠性、及时性或无错误。
• EVM和随附的任何材料“按原样”提供，TI不承担任何其他明示或暗示的保证，包括但不限于流行性故障保证、适销性或特定用途适用性的暗示保证，或不侵犯任何第三方专利、版权、商业秘密或其他知识产权的保证。

10.6 用户赔偿义务和陈述

用户将为TI、其许可方及其代表辩护、赔偿并使其免受因任何不符合这些条款的EVM处理或使用而产生的所有索赔、损害、损失、费用、成本和责任。

10.7 损害赔偿和责任限制

• TI在任何情况下均不对与这些条款或EVM使用相关的任何特殊、间接、惩罚性、附带、后果性或示例性损害承担责任。
• TI因任何EVM使用产生的总责任不得超过用户在过去12个月内为相关EVM支付的总金额。

10.8 退货政策

除非另有规定，TI不提供退款、退货或换货服务。如果包装已打开，或者EVM损坏或无法再销售，将不接受退货。如果用户认为对EVM的收费有误或交付违反适用订单，应联系TI。所有退款将在组件退回后的30个工作日内全额退还