德州仪器UCC28781EVM-053评估模块技术解析与应用指南

Texas Instruments UCC28781EVM-053评估模块 (EVM) 配置用于评估UCC28781-Q1控制器的运行情况。该EVM包含一个4层印刷电路板 (PCB)，其顶侧设有通孔元件，底侧设有表面贴装元件 UCC28781EVM-053评估模块采用零电压开关反激式 (ZVSF) 控制器演示高效率、高密度和高压汽车偏置电源，具有60W、15V输出。UCC28781-Q1控制器直接驱动一次侧硅MOSFET，并通过UCC5304隔离式栅极驱动器驱动二次侧同步整流器，以提高效率并实现ZVS。UCC28781EVM-053 EVM用于高压汽车牵引逆变器偏置电源、高压汽车冗余电源以及高密度交流-直流或直流-直流辅助电源。

数据手册：*附件：Texas Instruments UCC28781EVM-053评估模块用户指南.pdf

UCC28781EVM模块将50V至500V直流输入电压范围转换为15V隔离输出。输出电流在250V至500V输入电压范围内的最大额定电流为4A，在50V至250V输入电压范围内的最大额定电流为2A。此外，通过将整流-交流部分连接到直流输入，该EVM可由电压范围为90VRMS至264VRMS的隔离式交流电源供电。

特性

• 大于150kHz的高频运行可实现小解决方案尺寸
• 而多模式运行可在线路和负载范围内保持高效率。
• 将50V至500V的直流输入电压范围转换为15V的隔离输出
• 输出电流：
  • 输入电压介于250VDC至 500VDC之间时，额定值最大为4A
  • 输入介于50VDC 至250VDC之间时，降额至最大2A
• 250V DC 、满载时，效率大于94%
• 在500V DC 、空载时，待机功耗小于70mW。
• 电路板可选择使用90VAC至264VAC的电源为 EVM供电。
• 顶侧设有带通孔元件的4层PCB
• 底侧设有表面贴装元件

原理图

测试设置图

德州仪器UCC28781EVM-053评估模块技术解析与应用指南‌

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‌一、核心特性概述‌

UCC28781EVM-053是德州仪器（TI）推出的60W ZVS（零电压开关）反激式转换器评估模块，专为高压汽车电子和工业电源设计，具有以下核心优势：

• ‌宽输入电压范围‌：
  • DC输入50-500V，兼容90-264VAC全球交流电压
  • 支持冷启动和负载突降工况
• ‌高效能转换‌：
  • 峰值效率达93.7%（500VDC输入时）
  • 集成UCC28781-Q1控制器和UCC5304隔离驱动IC
• ‌多重保护机制‌：
  • 过功率保护（OPP）阈值70W，持续160ms
  • 150℃热关断保护，±2kV HBM ESD防护

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‌二、关键功能解析‌

‌1. ZVS反激拓扑设计‌

• ‌零电压开关技术‌：通过变压器漏感谐振实现主开关管（Q1）的ZVS，降低开关损耗
• ‌同步整流优化‌：采用BSC093N15NS5 MOSFET（RDS(on)=9.3mΩ），搭配UCC5304驱动IC，提升低压侧效率

‌2. 输入配置灵活性‌

• ‌直流输入模式‌：
  • 直接连接J3端子，需禁用X电容放电功能（J5跳线置2-3位置）
  • 推荐输入侧增加2μF/630V薄膜电容抑制脉冲电流
• ‌交流输入模式‌：
  • 需短接J2与J3端子，启用XCD功能（J5跳线置2-1位置）
  • 内置整流桥（DB1）和82μF/400V bulk电容（C2）

‌3. 工作模式与效率曲线‌

输入条件	满载效率	10%负载效率	平均开关频率
500VDC输入	93.22%	80.82%	170kHz
230VAC输入	93.36%	86.84%	161kHz
50VDC输入	92.57%	86.85%	86.2kHz

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‌三、典型测试配置‌

‌1. 直流输入测试方案‌

• ‌关键元件‌：
  • 输入侧串联100Ω/10W电阻+2μF电容滤波
  • 输出电子负载需支持4A/15V连续工作
• ‌波形测量点‌：
  • TP4（VOUT）监测输出纹波（典型值<350mVpp）
  • 示波器探头需耐压600V以上

‌2. 交流输入测试方案‌

• ‌安全隔离‌：必须使用1:1隔离变压器
• ‌功率分析仪‌：需扣除R33/R34/R35（220kΩ×3）的泄放电阻损耗

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‌四、设计要点‌

‌1. 热管理建议‌

• ‌高温区域‌：
  • 变压器绕组（500VDC输入时达104℃）
  • SR-MOSFET驱动电阻R11（93.7℃@264VAC）
• ‌散热优化‌：
  • 建议在PCB底部添加4×0.3mm散热过孔阵列

‌2. 关键元件选型‌

元件	规格要求	替代建议
主开关管	800V/8A DPAK	IPD90R1K2C3ATMA1
同步整流管	150V/87A PowerSO-8	BSC014N06NSATMA1
输出电容	680μF/20V低ESR铝聚合物	EEF-UE0E681R

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‌五、应用场景‌

1. ‌电动汽车牵引逆变器辅助电源‌：支持500V高压电池组直接供电
2. ‌工业AC/DC模块电源‌：满足CoC Tier 2能效标准（4点平均效率>89%）
3. ‌光储系统偏置电源‌：宽输入范围适应光伏板电压波动