UCC39421 3.3-V SEPIC 评估板使用指南

一、引言

在电子设计领域，SEPIC（单端初级电感变换器）转换器是一种常用的电源转换拓扑结构。TI 的 UCC39421 SEPIC 演示板实现了一个完整的 330 - kHz、3.3 - V SEPIC 转换器。用户只需提供输入电压和负载，就能进行相关测试和评估。下面我们详细了解一下这块评估板的特性和操作方法。

文件下载：UCC39421EVM003.pdf

二、评估板特性

1. 固定频率运行：330 - kHz 固定频率运行，确保了稳定的输出。
2. 同步整流：采用同步整流技术，提升了转换效率。
3. 电流模式控制：电流模式控制有助于提高系统的动态响应和稳定性。
4. 宽输入电压范围：输入电压范围为 1.8 V 至 6.0 V，能适应多种电源输入情况。
5. 稳定输出：可提供 3.3 V 输出电压，最大负载电流达 1 A，且在 1 - A 负载下输出纹波峰 - 峰值小于 50 mV。
6. 高效率：最高效率可达 90%，能有效降低功耗。
7. PFM 模式：轻载时自动切换到 PFM（脉冲频率调制）模式，进一步提高效率。
8. 同步/关断输入：支持同步操作和关断功能，方便系统控制。

三、操作说明

3.1 输入电压和最大负载

• 转换器在 1.8 Vdc 至 6.0 Vdc 的输入电压下运行。运行后，轻载时输入电压可低至 1.5 V。最大允许负载取决于输入电压，低输入电压时，双 MOSFET 可能过热或触发峰值电流限制。当输入电压为 2.5 V 或更高时，负载可稳定达到 1 A。需注意，绝对最大输入电压不得超过 8.0 Vdc。
• 若要提供更高的负载电流，可以使用更大的 MOSFET 并增加散热措施，同时降低电流检测电阻（R10）的值。
• 为避免输入滤波器振荡，应尽量减小输入电源引线的杂散电感。若使用长引线，建议在评估板输入端子两端添加一个 100 - µF 的钽电容，以降低输入级的 Q 值，防止潜在的环路振荡。

3.2 PFM 模式

UCC39421 设计为当 COMP 引脚电压低于用户在 PFM 引脚编程的电压时，自动从固定频率 PWM 操作转换到 PFM 模式，这大大提高了轻载时的效率。在评估板提供的元件值下，此转换大约在负载电流为 200 mA 时发生，具体转换点会随输入电压而变化。若不需要此功能，可将 PFM 引脚接地。需注意，如果用跳线替换 R3，R2 的值必须增加 R3 的值以保持相同的输出电压。

3.3 同步/关断输入

评估板提供了用于连接同步/关断输入的端子。此输入可以悬空（因为包含下拉电阻 R5），此时转换器以约 330 kHz 的频率自由运行。若需要，可施加一个外部时钟（最小 0 V 至 2 V 峰值）来将 PWM 同步到更高频率。时钟的占空比不是关键因素，但脉冲宽度至少为 100 ns。如果同步/关断输入保持高电平（大于 2 V）超过 20 µs，转换器将启动关断。

3.4 低功率模式

UCC39421 还具有低功率模式功能，通过降低 N 沟道的栅极驱动电压来提高轻到中等负载时的效率。通常，设备选择最高可用电压（通常是 VPUMP）来驱动接地参考 FET 的栅极。然而，当 COMP 电压低于 0.5 V 时，设备将 FET 栅极驱动切换到较低电压（VIN）以减少损耗。需要注意的是，同步整流 FET 的驱动电平始终为 VPUMP。在某些情况下，如果 VIN 过低（如低于 2.5 V），即使在轻载时，这可能也不理想。此时，可以通过在 ISENSE 引脚电压上叠加一个小的（20 mV）直流偏置来禁用低功率模式。评估板上的临时电阻 R8 可用于此目的，安装一个 270 - kΩ 的电阻替换 R8 即可禁用低功率模式。低功率模式独立于 PFM 模式运行，可用于已禁用 PFM 的应用中。

3.5 可选肖特基二极管

评估板上安装了一个小的肖特基二极管与同步整流器并联。这个可选二极管通过在抗交叉导通延迟时间内传导输出电流，可将效率提高约 1%。在这些时间（整流器开启和关闭时约 35 ns），两个 MOSFET 都关闭。如果不安装该二极管，输出电流必须在这些短时间间隔内流经整流 MOSFET 的体二极管，从而降低效率。

3.6 临时噪声滤波电容

评估板配备了一个临时电容（C11）用于额外的噪声滤波。该元件未安装，但可用于过滤电流检测信号的前沿尖峰，补充 UCC39421 内置的前沿消隐功能。

四、效率

评估板具有较高的效率，最高可达 90%，这在电源转换中是一个非常不错的指标。大家在实际应用中，可以根据负载情况和输入电压，进一步优化效率。

五、材料清单

评估板的材料清单列出了各个元件的参考编号、描述、制造商、零件编号和尺寸等信息，具体如下：	参考编号	描述	制造商	零件编号	尺寸
C1	120 pF 陶瓷电容	-	-	0805 芯片
C2	2200 pF 陶瓷电容	-	-	0805 芯片
C3、C5	0.1 µF 陶瓷电容	-	-	0805 芯片
C4	1 µF 陶瓷电容	-	-	1206 芯片
C6、C10	10 µF, 10 V, MLC 电容	Taiyo Yuden	LMK325BJ106MN	1210 芯片
C7、C8	100 µF, 6.3 V 电容	Sanyo	Poscap 6TPC100M	-
C9	10 µF, 6.3 V, MLC 电容	Taiyo Yuden	JMK316BJ106ML	1206 芯片
C11（临时）	120 pF 陶瓷电容	-	-	0805 芯片
D1（可选）	1 A 肖特基二极管	Zetex	ZHCS1000	SOT–23
D2	0.2 A 肖特基二极管	Zetex	BAT54	SOT–23
L1	3.76 µH @ 2.7 A 直流电感	BH Electronics	511–0033	-
Q1	双 MOSFET (N/P)	Temic	Si6562DQ	TSSOP–8
R1	150 kΩ, 1%, 0.1 W 金属膜电阻	-	-	0805 芯片
R2	49.9 kΩ, 1%, 0.1 W 金属膜电阻	-	-	0805 芯片
R3	40.2 kΩ, 1%, 0.1 W 金属膜电阻	-	-	0805 芯片
R4	33 kΩ, 5%, 0.1 W 金属膜电阻	-	-	0805 芯片
R5	1M, 5%, 0.1 W 金属膜电阻	-	-	0805 芯片
R6	2 kΩ, 5%, 0.1 W 金属膜电阻	-	-	0805 芯片
R7	1 kΩ, 5%, 0.1 W 金属膜电阻	-	-	0805 芯片
R8（临时）	临时电阻（未安装）	-	-	0805 芯片
R9	150 kΩ, 1%, 0.1 W 金属膜电阻	-	-	0805 芯片
R10	0.025 Ω, 5%, 0.5 W 薄膜电阻	LIRC	LRC–RF1206–01–R025–J	1206 芯片
U1	UCC39421PW	-	-	16 - 引脚 TSSOP

六、重要注意事项

1. 此评估套件仅用于工程开发或评估目的，不适合商业使用。
2. 若评估套件不符合用户指南中的规格，可在交付日期起 30 天内退还以获得全额退款。
3. 用户需承担货物正确和安全处理的所有责任和义务，并赔偿 TI 因货物处理或使用而产生的所有索赔。
4. 收到的产品可能不符合监管要求或未获得相关认证（如 FCC、UL、CE 等）。由于产品结构开放，用户有责任采取适当的静电放电预防措施。
5. 处理产品的人员必须具备电子培训并遵守良好的实验室操作标准。
6. TI 保留对其产品和服务进行更改和停产的权利，用户应在下单前获取最新信息。

大家在使用 UCC39421 3.3 - V SEPIC 评估板时，一定要仔细阅读这些注意事项，确保安全、有效地进行开发和测试。你在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享。