探索UCC3889EVM - 001离线低压电源评估模块

在电子工程领域，电源设计是至关重要的一环。今天，我们将深入探讨德州仪器（TI）的UCC3889EVM - 001离线低压电源评估模块，它专为TMS320C24x DSPs设计，为工程师们提供了一个高效、灵活的电源解决方案。

文件下载：UCC3889EVM.pdf

一、评估模块重要须知

TI提供的这款评估套件仅用于工程开发或评估目的，并非适用于商业用途。它可能在设计、营销和制造相关的保护考虑方面并不完善，包括最终产品通常具备的产品安全措施。作为原型产品，它不在欧盟电磁兼容性指令范围内，可能无法满足该指令的技术要求。

如果评估套件不符合用户指南中的规格，可在交付日期起30天内退货并获得全额退款。用户需承担货物正确和安全处理的所有责任和义务，并对TI因货物处理或使用产生的所有索赔进行赔偿。同时要注意，收到的产品可能不符合监管要求或未获得相关机构认证（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。

二、动态警告与限制

输入电压范围

该评估模块应在85 Vac至265 Vac的输入电压范围内运行。超出指定输入范围可能导致意外操作和/或对模块造成不可逆转的损坏。若对输入范围有疑问，在连接输入电源前请联系TI现场代表。

输出负载范围

施加超出指定输出范围的负载可能导致意外操作和/或对模块造成永久性损坏。在连接任何负载到模块输出之前，请查阅用户指南。若对负载规格不确定，请联系TI现场代表。

温度注意事项

在正常运行期间，一些电路组件的外壳温度可能超过50°C。只要保持输入和输出范围，模块设计为在某些组件高于50°C的情况下仍能正常运行。这些组件包括但不限于线性稳压器、开关晶体管、通晶体管和电流感测电阻器。在操作过程中靠近这些设备放置测量探头时，要注意它们可能很烫。

三、模块介绍

功能特点

• 紧凑尺寸与低外形：尺寸为2x1x0.5，节省空间。
• 无变压器离线应用：适用于多种场景。
• 单输出、低侧控制：控制方式灵活。
• 宽输入范围：能适应不同的输入电源。
• 短路保护和低输入线保护：保障模块安全运行。
• 单输出或双输出配置：满足不同应用需求。
• 采用标准、OTS、SMD、低成本组件：降低成本。

应用领域

主要应用于TMS320C24x DSPs以及低压、低电流偏置电源。

模块描述

该评估模块突出了使用UCC3889离线电源控制器来实现非隔离、级联反激式电源在不连续电流模式下的控制优势。UCC3889最初用于离线、低功率、低电压、稳压的内务或偏置电源，能够在无变压器的情况下将400 V转换为12 V，且内部器件损耗低。由于内部固定偏置电阻，UCC3889能调节到的最低电压为5.4 Vdc。不过，使用TPS77401低压差稳压器（LDO），可以很容易地对5.4 V输出进行后调节，以实现更低的输出电压，且只需很少的额外电路。该评估模块包含一个反馈分压器网络，预设为将输出调节到5 Vdc，用户也可通过移除安装的跳线选择3.3 V输出。

四、原理图分析

SLUP146A板的原理图中，输入端子E1和E2是交流输入电压源连接器，可接收标准香蕉插头。引脚J4和J5是5 V输出的输出和返回端，引脚J6和J7是15 V输出的输出和返回端。由于没有隔离接地，输出返回端J5和J7相同，可以互换参考。

使用UCC3889控制级联反激式拓扑中两个反激阶段共享的单个开关，大大简化了控制。尽管电源内没有直接的电流感测，但UCC3889仍提供了固有的短路电流保护。这是因为关断时间tOFF与输出电压成反比，当输出负载增加时，输出电压略有下降，在短路故障期间，随着输出电压接近零，tOFF趋近于无穷大。同样，导通时间tON与输入线电压成反比，允许设置最小低线输入条件。同时改变导通时间和关断时间意味着采用可变频率控制技术，UCC3889的可变开关频率范围通过正确选择R1、R2、R3、R4、R5和C2来确定。

由于UCC3889的固定内部误差放大器偏置电阻，控制器能调节到的最低输出电压约为5.4 V。可通过将U1的引脚3和4短路来选择该输出电压，5.4 V输出电压反馈到U1，并用作后调节器U2的输入。

后调节通过250 mA的TPS77401 LDO稳压器实现。TPS77401有多种固定低压输出，SLUP146A选择了1.5 - 5.5 V的可调版本。它非常适合低压、低电流的DSP电机驱动应用，提供220 ms的上电复位延迟或电源良好（PG）端子，可直接向DSP、ASIC或微处理器提供上电复位（POR）或低压指示信号。评估模块交付时安装了跳线R13，将LDO输出配置为调节到5 V，移除R13可使LDO调节到3.3 V。

15 V输出通过与VOUT1并联的反激阶段产生。这种方法的一个缺点是U1的输出响应VOUT1的负载需求，而不是VOUT2。当VOUT1轻载（<25 mA）时，VOUT2可能没有足够的占空比来维持15 V调节。为了实现更好的轻载调节，在VOUT1上添加了预载R12。相反，当VOUT1满载时，VOUT2会因更长的占空比而升高，D8将VOUT2钳位到15 V。VOUT2的目的是为典型DSP电机控制应用中的MOSFET驱动器供电，对调节精度要求不高。在设计中包含VOUT2时，需要根据计算结果修改实际电感、tON和tOFF值，以实现足够好的调节效果。对于已经有MOSFET驱动器偏置电压的应用，可以消除VOUT2并移除R12，从而略微提高效率。

五、测试设置

输出负载

对于VOUT2和VOUT1的输出负载，可以使用负载电阻、十进箱或电子负载。如果负载不包含集成数字电压表（即非电子负载），应如图所示将电流表A1和A2与无源负载串联连接。由于评估模块的输出功率很低，RTN1和RTN2可以连接在一起，但最好将每个返回端连接到其指定的引脚。要确保VOUT2的负载限制在小于0.5 W，VOUT1的负载限制在小于0.6 W。通过移除跳线R13，还可以将评估模块的VOUT1设置为3.3 V进行评估。

输入源

输入电压应为能够提供85 VRMS至265 VRMS的隔离交流电源，并如图2所示连接到E1和E2。为了操作人员的安全，交流电源应限流至100 mARMS。在施加高电位电压对评估模块进行探测时要格外小心。SLUP146A也可以从100 Vdc至400 Vdc的分布式直流母线电压运行。在测试此类应用时，只需将直流电源的正负极输入连接到E1或E2。由于E1和E2连接到桥式整流器，直流正极端子连接到哪一侧都没关系。但与使用交流电源一样，直流电源应限流至100 mA，在施加高电位电压对电路板进行探测时要谨慎。从零开始，缓慢增加输入电压，同时监测VOUT1和VOUT2，直到两个输出都达到调节状态。

风扇

大多数功率转换器的组件在接近60°C时会变热。由于该评估模块没有封闭，便于探测电路节点，建议使用一个每分钟20 - 30立方英尺（CFM）的小风扇，以在全输出负载或输入电压大于150 VRMS时降低组件温度。

单输出测试

评估模块也可以仅提供单输出，这对于不需要15 V输出或已经从其他源获得该输出的应用很有用。参照原理图，移除D5以禁用VOUT2，移除R13（VOUT1的预载）。由于U1的偏置电压是通过将VOUT2自举到VCC提供的，现在需要一个外部实验室直流偏置电源来维持U1的运行。使用图3所示的测试设置，可以将U1的偏置电压VBIAS直接施加到VOUT2输出引脚。将外部偏置电源初始设置为0 V，然后缓慢将电压增加到10 Vdc。U1的偏置电流仍将通过图1中的R7进行限制。对于没有可用偏置电压的单输出应用，VCC可以直接离线供电或从分布式直流母线电压供电，但在所有输入线变化下，流入U1引脚7的偏置电流必须限制在最大5 mA以下。一旦U1正常运行，按照双输出配置的相同上电和加载程序进行操作。

六、模块装配图和布局

评估模块的顶层组件布局如图4所示，同时显示了引脚编号和必要的组件极性。四层印刷电路板使用顶层和底层进行信号走线，中间为分割平面接地层。各层的铜蚀刻情况如图5 - 8所示。

七、材料清单

REFERENCE DESIGNATOR	QTY	PART NUMBER	DESCRIPTION	MANUF	PKG
N/A	1	SLUP146A	UCC3889 EVM Printed circuit board	N/A	N/A
C1	1	ECA–2WHG2R2	Capacitor, aluminum, 2.2 µ F, 450 V, 20%	Panasonic	ECA
C2	1	ECUV1H151JCV	Capacitor, ceramic, NPO, 150 pF, 50 V, 5%	Panasonic	0603
...	...	...	...	...	...

八、参考资料

Andreycak, William. Elegantly Simple Off–Line Bias Supply for Very Low Power Applications, Application Report Texas Instruments Literature No. SLUA116.

UCC3889EVM - 001离线低压电源评估模块为电子工程师提供了一个强大而灵活的电源解决方案。通过深入了解其特点、原理图、测试设置等方面，工程师们可以更好地将其应用于实际项目中。大家在使用过程中有没有遇到什么特别的问题呢？欢迎在评论区分享交流。