UCC28740EVM - 525：10W恒压恒流充电器适配器模块解析

引言

在电子设备飞速发展的今天，充电器适配器作为重要的电源供应设备，其性能和效率备受关注。德州仪器（Texas Instruments）的UCC28740EVM - 525评估模块就是一款值得深入研究的产品，它是一款10W离线不连续模式（DCM）反激式转换器，能够提供恒压（CV）和恒流（CC）输出调节，适用于消费电子的USB适配器等应用。

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产品概述

基本原理与特点

UCC28740EVM - 525采用光耦合器实现紧密的电压调节，并通过初级侧控制实现精确的恒流调节，同时改善了对大负载阶跃的瞬态响应。其控制算法采用了频率调制、初级峰值电流调制、谷底开关和谷底跳变技术，以在整个工作范围内实现效率最大化。

典型应用场景

• 消费电子：适用于智能手机、平板电脑和相机等设备的USB兼容适配器和充电器。
• 备用电源：可作为电视和台式机的备用电源。
• 白色家电：在家电领域也有一定的应用空间。

产品特性

• 宽输入电压范围：交流输入范围为85 (V{AC}) 至265 (V{AC})。
• 稳定输出：直流输出为5V、2.1A，输出电压调节精度为±3%，输出电流调节精度为±5%。
• 低功耗：空载功耗小于20mW。
• 保护功能完善：具备输出过流、短路保护，输出过压保护，输入欠压保护以及故障自动重启功能。
• 高效运行：平均效率大于80%，采用准谐振谷底开关和频率抖动技术，有助于降低电磁干扰（EMI）。

电气性能规格

参数	测试条件	最小值	标称值	最大值	单位
输入电压范围	-	85	115/230	265	(V_{RMS})
最大输入电流	(V{IN}=V{INmin})，(I{OUT}=I{OUTmax})	-	-	0.265	(A_{RMS})
线路频率	-	47	60/50	63	Hz
空载功耗	(V{INmin} ≤ V{IN} ≤ V{INmax})，(I{OUT}=0A)	-	-	20	mW
输出电压	(V{INmin} ≤ V{IN} ≤ V{INmax})，(0A ≤ I{OUT} ≤ I_{OUTmax})	4.85	5	5.15	V
输出负载电流（CV模式）	(V{INmin} ≤ V{IN} ≤ V_{INmax})	1.995	2.1	2.205	A
线路调节率	(V{INmin} ≤ V{IN} ≤ V{INmax})，(I{OUT}=I_{OUTmax})	-	-	0.1	%
负载调节率	(0A ≤ I{OUT} ≤ I{OUTmax})	-	-	0.1	%
输出电压纹波	(V{INmin} ≤ V{IN} ≤ V{INmax})，(0A ≤ I{OUT} ≤ I_{OUTmax})	-	-	150	(mV_{pp})
输出过流	(V{INmin} ≤ V{IN} ≤ V_{INmax})	-	-	2.5	A
最小输出电压（CC模式）	(V{INmin} ≤ V{IN} ≤ V{INmax})，(I{OUT}=I_{OUTCC})	1.78	2	-	V
欠压保护	(I{OUT}=I{OUTmax})	-	-	68	(V_{RMS})
瞬态响应（下冲）	(I{OUT}=I{OUTmax}) 到 0A负载瞬变	-	-	4.3	V
瞬态响应时间	(I{OUT}=I{OUTmax}) 到 0A负载瞬变	-	-	20	ms
开关频率	-	1.2	-	71	kHz
平均效率	25%、50%、75%、100%负载，标称输入电压下	-	81	-	%
工作温度	-	-	25	-	ºC

测试设置

测试设备

• 交流电压源：需为隔离可变交流源，能够提供85 (V{AC}) 至265 (V{AC}) 的电压，功率不低于20W。为准确计算效率，应在交流源中性线与评估模块（EVM）中性端子之间插入功率计。
• 输出负载：使用可编程电子负载，能够吸收0A至3A的电流。在进行恒流模式测试时，电子负载应设置为恒阻模式。
• 功率计：功率分析仪应能够测量低输入电流（通常小于10mA），并具备长平均模式，以进行低功耗待机模式输入功率测量。
• 万用表：为确保高精度，可使用直流电压表直接监测输出电压，使用直流电流表测量输出电流。
• 示波器：推荐使用带有500MHz探头的数字或模拟示波器。
• 导线规格：建议使用最小AWG 18规格的导线，且交流源与EVM之间、EVM与负载之间的导线长度应小于两英尺。

推荐测试设置

• 空载测试：按照特定的测试设置连接设备，功率分析仪设置为外部分流模式，并设置适当的电流比例因子和长平均时间。
• 带载测试：将电子负载设置为恒阻模式，调整交流源电压，监测输出电压和电流。

测试点说明

测试点名称	描述
TP1	初级侧电源地
TP2	环路注入点，EVM输出
TP3	环路注入点
TP4	次级侧地
TP5	EVM输出到负载的正输出端子
TP6	EVM输出到负载的返回连接

功率施加与测试步骤

1. 空载测试：按照空载测试设置连接设备，设置功率分析仪参数，施加电源，监测输入功率。
2. 带载测试：按照带载测试设置连接设备，设置电子负载和交流源，监测输出电压和电流。
3. 线路/负载调节率和效率测量：按照特定步骤进行负载调节率和线路调节率的测量，观察输出电压的变化。
4. 输出电压纹波测量：使用示波器探头测量输出电压纹波。
5. 设备关机：确保EVM上有大于0A的负载，以快速放电输出电容，然后关闭交流源。

性能数据与典型特性曲线

效率

在115VAC、60Hz和230VAC、50Hz的标称输入下，平均效率超过了0.80的设计目标。若使用定制磁芯的变压器，并在整个工作范围内以较低的开关频率运行，效率还有进一步提升的空间。

负载调节率和线路调节率

实际测量的负载调节率和线路调节率均超过了3%的设计目标，表明该模块在不同负载和输入电压条件下能够保持稳定的输出电压。

空载功耗

在整个输入电压范围内，空载功耗小于20mW，体现了该模块的低功耗特性。

输出电压与输出电流关系

在0A至约2.2A的负载范围内，转换器处于恒压工作模式；当达到输出过流阈值后，转换器进入恒流模式，直到输出电压降至2V以下时关闭。若负载需求降低到恒流工作区域，转换器将自动重启。

控制律

随着负载的增加，UCC28740将从轻载时的频率调制模式过渡到32kHz固定频率、峰值电流幅度调制模式，进一步增加负载将进入另一种频率调制模式，最大设计开关频率为71kHz。

波特图

通过AP Instruments Inc. Model 200模拟网络分析仪测量得到的增益和相位图显示，在115 (V_{AC})、60Hz输入和2A负载电流下，交叉频率为1.38kHz，相位裕度为71度。

瞬态响应、输出纹波、开启波形、开关波形和EMI抖动波形

这些波形展示了模块在不同工作条件下的性能，如瞬态响应能力、输出电压纹波大小、开启和开关过程的特性以及EMI抖动对信号的影响等。

EVM组装图和PCB布局

UCC28740EVM - 525的印刷电路板设计尺寸为50.93mm x 37.36mm，高度主要由USB连接器决定，为18.4mm。通过组装图和PCB布局图，可以清晰地了解模块的结构和布线情况。

物料清单

详细列出了评估模块所需的各种组件，包括电容、二极管、电阻、电感、变压器、MOSFET、控制器等，为工程师进行硬件设计和维修提供了参考。

注意事项

• 安全问题：评估模块在通电时存在高电压，操作时必须采取适当的安全措施。在处理EVM之前，必须确保大的大容量电容和输出电容完全放电，否则可能会造成严重伤害。
• 使用限制：该EVM仅用于实验室/开发环境的初步可行性评估，不能作为生产单元的全部或部分使用。用户需对产品的安全性和合规性负责，并确保EVM与人体的接口设计符合安全要求。
• 性能限制：超过指定的EVM额定值（如输入电压、输出电压、电流、功率和环境范围）可能会导致财产损失、人身伤害或死亡。在连接接口电子设备和负载之前，如有疑问应联系TI现场代表。

UCC28740EVM - 525评估模块在恒压恒流充电方面表现出色，具备多种保护功能和高效的控制算法，适用于多种消费电子应用。工程师在使用过程中应严格遵循安全规范和操作说明，以充分发挥其性能优势。你在实际使用中是否遇到过类似模块的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。