UCC24636EVM评估模块：高效同步整流解决方案

在电子电源设计领域，同步整流技术凭借其降低损耗、提高效率的显著优势，成为众多工程师追求的目标。TI推出的UCC24636EVM评估模块，为实现这一目标提供了有力的工具。下面我们就来详细了解一下这个模块。

文件下载：UCC24636EVM.pdf

一、安全须知

在使用UCC24636EVM评估模块之前，必须高度重视安全问题。这个模块在通电时可能存在高电压和高温风险，可能会导致电击、烧伤等严重后果，因此在操作过程中要严格遵守安全规程。

工作区域安全

保持工作区域干净整洁、有序，避免杂物干扰操作。在电路通电时，必须有合格的观察者在场，以便及时应对突发情况。同时，在模块和其接口电子设备通电的区域，要设置有效的屏障和警示标识，提醒人员注意高电压危险。对于超过50V的开发环境，相关设备要连接到受保护的紧急电源关闭（EPO）保护电源插线板上，确保在紧急情况下能迅速切断电源。此外，使用稳定且不导电的工作表面，以及绝缘良好的夹子和电线来连接测量探头和仪器，尽量避免徒手测试。

电气安全

在进行任何电气或诊断测量之前，要先将模块及其所有输入、输出和电气负载断电，并再次确认模块已安全断电。在确认模块断电后，进行电路配置、接线、测量设备连接等操作时，仍要假设模块电路和测量仪器带电。当模块准备就绪后，再按预期通电。通电期间，切勿触摸模块或其电路，以免发生电击危险。

个人安全

为了保护自身安全，操作人员要穿戴个人防护装备，如乳胶手套和带侧护罩的安全眼镜。也可以将模块放置在带互锁的透明塑料盒中，防止意外触摸。

安全使用限制

需要注意的是，该评估模块不能作为生产单元的全部或部分使用，仅适用于研发环境。

二、模块概述

UCC24636EVM评估模块主要用于将离线不连续模式（DCM）反激式转换器的输出整流器从二极管转换为MOSFET同步整流器（SR），通过伏秒平衡控制来研究和评估SR的优势。它能感应变压器磁化期间的伏秒（V - s）乘积，并控制板载SR MOSFET的导通时间，以平衡变压器退磁期间的V - s乘积，同时也支持过渡模式（TM）操作。与二极管整流器相比，SR - MOSFET能实现极低的导通损耗，显著提高转换器的效率。该模块适用于输出电压范围为5V至28V、电流水平高达5A的转换器，但在特殊情况下也可进行调整。不过，它不适用于任何情况下都能在连续导通模式（CCM）下运行的反激式转换器，对于CCM反激应用，可参考UCC24630 SR控制器及其相关的UCC24630EVM - 636。

三、模块特点

应用场景广泛

UCC24636同步整流控制器适用于需要高效率和最小待机功率的隔离式、离线、不连续导通模式（DCM）和过渡模式（TM）反激式转换器，如USB兼容的消费电子适配器和充电器（智能手机、平板电脑、相机等）、电视和桌面待机电源以及白色家电等。

功能特性丰富

• 灵活的电源连接：在低侧应用中，VDD可直接连接到转换器输出电压轨，范围为5V至28V。
• 用户可编程：配备用户可编程的分压网络，可根据具体应用调整模块参数。
• 高性能MOSFET：采用5.3 - mΩ、100 - V的SR MOSFET，封装为SON 5 × 6，能承受较高的电压和电流。
• 便捷的连接方式：提供端子块和测试点，方便将SR MOSFET连接到应用电路中。
• 可选MOSFET安装位置：模块背面有可用的TO - 252焊盘，可安装替代MOSFET。

四、电气性能规格

UCC24636EVM评估模块的电气性能规格涵盖了多个方面，包括偏置电压范围、电压范围、伏秒乘积、MOSFET参数等。例如，VVDD偏置电压范围为4V至28VDC，VPC电压范围在R1值针对应用计算后为0.4V至2.2VDC，VSC电压范围在R4值针对应用计算后为0.3V至2.2VDC，SR - MOSFET的漏极电压可达100VDC，导通电阻在TJ = 25°C、VDD ≥ 12V时为5.3至6.4mΩ等。这些参数为工程师在设计和应用中提供了重要的参考依据。

五、测试设置

测试设备准备

进行测试时，需要准备一系列设备。交流电压源应是能提供85VAC至265VAC、功率不低于20W的隔离可变交流源；输出负载可使用能吸收超过转换器输出电流额定值的隔离可编程电子或电阻负载，进行电流限制测试时，电子负载应设置为恒定电阻模式；推荐使用最小18AWG（1 - mm直径）的电线进行大电流连接，且电线长度不宜过长；还需要配备直流电压表、直流电流表、示波器、风扇和功率分析仪等设备。功率分析仪用于精确计算效率和测量待机功率，其电流测量应插入交流源到转换器的中性或低电压路径中。

测试步骤

以UCC28740EVM - 525为例，将UCC24636EVM安装到现有的DCM反激式转换器中。在安装前，要对转换器进行一些修改，如将高侧二极管短路，然后将SR EVM插入低侧路径。连接好电源和负载后，按照以下步骤进行测试：

1. 按照要求设置转换器EVM，若测试效率或待机功率，需按制造商建议设置功率分析仪。
2. 若使用电子负载，将其设置为恒定电阻模式。
3. 根据需要连接电压表、电流表和示波器探头，但通电后不要触摸模块。
4. 将交流源电压设置在85VAC至265VAC之间。
5. 按需改变线路和负载，评估SR在转换器全运行范围内的性能。
6. 参考UCC28740EVM - 525用户指南，进行除效率和待机输入功耗之外的其他功能特性测试。

设备关机

测试结束后，为了安全地关闭设备，要先对输出电容器进行快速放电，可在转换器EVM上施加大于0.1A的负载。然后关闭交流源，等待初级大容量电容放电至安全水平后再处理模块。

六、波形比较和典型效率曲线

波形对比

通过对比未修改的UCC28740EVM - 525板上输出整流二极管的电流和电压波形，以及安装UCC24636EVM后的SR波形，可以发现电流波形变化不明显，但SR导通期间电压降低，从而减少了损耗，提高了效率。在不同输入电压（85VAC和265VAC）和负载条件（满载和轻载）下，都能观察到这种优势。

效率比较

与二极管整流器相比，使用UCC24636EVM实现的SR在效率上有显著提升。在230VAC、50Hz时，平均效率超过了为满足2016年欧盟行为准则平均效率目标而设定的0.79设计目标；在115VAC、60Hz时，平均效率超过了为满足2016年美国能源部6级平均效率要求而设定的0.787设计目标。不过，在负载小于0.2A（即小于额定输出的10%）时，SR的效率会有所下降，这是由于SR电路运行所需的额外功率与低输出功率的对比导致的。当负载降低使转换器的平均开关频率低于约5kHz时，UCC24636会进入待机模式，以最小化待机功率，此时SR - MOSFET通过体二极管导通进行整流。

七、高侧二极管替换方案

带偏置绕组的替换方法

使用单独的偏置绕组(N{B})为VDD供电，并将输出电压反射到VSC输入分压网络。理想情况下，(N{B})与(N{S})的匝数比应为1:1，使VDD跟踪(V{OUT})，但这并非严格要求。若输出电压过低，(N{B})需更多匝数来产生更高的VDD，VSC分压网络要补偿电压差异，使VSC跟踪(V{OUT})，就像SR在低侧应用中一样。这种方法中，UCC24636EVM的接地参考变为浮动虚拟接地，能重现施加到VPC输入的脉冲电压。同时，(N_{B})绕组上使用标准恢复二极管可避免VDD因漏感效应而出现峰值充电，还可能需要滤波电容来抑制VPC和VSC输入的噪声。

不带偏置绕组的替换方法

这种方法不需要单独的偏置绕组，但VSC不能跟踪(V{OUT})。UCC24636EVM在浮动虚拟接地状态下工作，通过电荷泵作用为VDD供电，VDD不跟踪(V{OUT})，因此VSC输入必须根据对应(V{OUT})最高值的固定参考电压进行编程。由于VSC不能跟踪(V{OUT})，需要在SR时序上进行妥协，以适应(V_{OUT})的变化。这种方法可能导致SR导通时间缩短，从而增加损耗，降低效率。在采用这种高侧SR配置之前，需要充分考虑其缺点，确保应用与这些限制相兼容。

八、模块组装和材料清单

组装图纸

UCC24636EVM印刷电路板的最终尺寸为长1.70英寸（43.2mm）、宽0.82英寸（20.8mm），其组装和铜层图纸分别展示了电路板的顶面和底面设计。

材料清单

模块的材料清单包含了各种元件，如印刷电路板、电容、MOSFET、电阻、测试点和同步整流控制器等，每个元件都有明确的型号、制造商和规格。

九、使用条款和注意事项

适用范围

UCC24636EVM评估模块仅适用于产品或软件开发人员在研发环境中对TI半导体产品进行可行性评估、实验或科学分析，不能直接或间接组装到任何成品中，也不适用于消费或家庭用途。

有限保修

TI保证模块在交付给用户后的90天内符合其公布的规格，但对于因用户疏忽、误用、不当安装或测试，以及非TI实体对模块进行的任何更改或修改所导致的缺陷，TI不承担责任。若模块不符合保修条件，TI的唯一责任是选择修复、更换模块或为用户账户提供信用。

监管通知

不同国家和地区对模块的使用有不同的监管要求。在美国，未获得FCC批准的套件在组装后若要转售或销售，必须先获得所有必要的FCC设备授权；符合FCC规则第15部分的设备有相应的操作条件和干扰声明。在加拿大，带有无线电发射器和可拆卸天线的模块有特定的操作条件和天线使用限制。在日本，对于进入日本的模块，有相关的使用注意事项和法律要求，特别是对于被视为“射频产品”的模块，用户需要遵守特定的使用规定。

使用限制和警告

模块不能用于功能安全和/或安全关键评估，包括但不限于生命支持应用评估。用户在操作模块前，必须阅读并遵循TI提供的用户指南和其他相关文档，包括所有警告和限制通知。用户要在TI推荐的规格和环境条件下操作模块，确保接口设计能安全限制可触及的泄漏电流，以减少电击危险。同时，用户要自行承担确定模块是否符合适用法律法规的责任，以及正确处理和回收模块的责任。

免责声明

除上述有限保修外，模块及其相关设计材料按“原样”提供，TI不承担其他明示或暗示的保证，包括但不限于适销性、特定用途适用性或不侵犯第三方专利、版权、商业秘密或其他知识产权的保证。TI对模块使用过程中产生的特殊、间接、惩罚性、附带性、后果性或示例性损害不承担责任，且TI的总责任不超过用户为特定模块支付的总金额。

返回政策

除非另有规定，TI不提供退款、退货或换货服务。若用户认为订单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，但不包括邮费或包装成本。

适用法律

这些条款和条件受德克萨斯州法律管辖，用户同意与这些条款和条件相关的任何争议由德克萨斯州的法院管辖。

UCC24636EVM评估模块为工程师提供了一个强大的工具，用于研究和实现同步整流技术。在使用过程中，严格遵守安全规程和相关条款，能确保模块的安全、有效使用，为电源设计带来更高的效率和性能。你在使用类似模块的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。