深入解析 UCC2351x 评估模块：特性、测试与应用

在电子工程领域，隔离式单通道栅极驱动器对于许多高压应用至关重要。TI 的 UCC2351x 评估模块为评估该系列器件提供了一个便捷且有效的平台。下面将从模块概述、特性、测试等方面详细介绍 UCC2351x 评估模块。

文件下载：UCC23513EVM-014.pdf

一、模块概述

UCC23513EVM - 014 评估模块用于评估 TI 的 3.75 - 和 (5 - kV_{RMS}) 隔离式单通道栅极驱动器，兼容的器件包括 UCC23513、UCC23513B、UCC23513Q1 等。这些器件输入为电流驱动，开启时需要 7 mA 至 16 mA 电流，关闭时可施加反向偏置。它们能为 Si MOSFET、IGBT 和 SiC 晶体管提供高源极和漏极电流驱动。

UCC23XXX 系列器件专为需要隔离和可靠性的高压应用而开发，提供 3.75 和 (5 kV_{RMS}) 的强化隔离，高达 8 kV 的浪涌抗扰度，以及大于 150 V/ns 的共模瞬态抗扰度（CMTI）。与光隔离栅极驱动器相比，它们具有更低的传播延迟、更小的器件间延迟偏差、更高的 CMTI、更小的脉冲宽度失真和更高的工作温度，同时保持引脚兼容。

二、模块特性

2.1 整体特性

• 封装与兼容性：采用拉伸 SO - 6 封装，适用于 UCC23XXX 系列器件评估。
• 电源范围：5 - V 输入缓冲器，VCC 电源供应范围为 14 - V 至 33 - V。
• 电流能力：具备 1 - A 源极 / 2 - A 漏极或 4 - A 源极 / 5 - A 源极/漏极电流能力。
• 隔离等级：根据 UL 1577 标准，1 分钟额定隔离为 (3.75 - kV{RMS}) 或 (5 - kV{RMS})。
• 定制驱动：设有缓冲器断开接头，可实现定制输入驱动解决方案。
• 布局设计：PCB 布局展示了初级侧和次级侧之间的高压隔离设计，未填充的焊盘可用于自举电源、分离电源和开启/关闭电阻。

2.2 I/O 描述

评估板上的跳线设置用于不同的输入输出功能。例如，J1 - 1 为阳极缓冲输入，J2 - 1 为阴极缓冲输入等。通过不同的跳线组合，可以实现不同的信号输入和负载连接方式。

2.3 跳线选项

每个跳线都有多种设置选项，如 J1 有选项 A（不安装跳线，由外部信号提供 IN/PWM 信号）和选项 B（在 J1 - 1 和 J1 - 2 上设置跳线，使阳极缓冲输入为低）。工厂默认设置通常为选项 A，但可以根据具体测试需求进行调整。

三、电气规格

参数	描述	最小值	典型值	最大值	单位
VDD	初级侧电源	4.5	/	5.5	V
VCC	驱动器输出电源	14	/	33	V
FS	开关频率	0	/	1	MHz
TJ	工作结温范围	-40	/	150	°C

四、测试总结

4.1 测试定义

在测试过程中，遵循特定的命名约定，如 (V{xx}) 表示外部电压供应名称，(V{(TPxx)}) 表示测试点 TPxx 的电压等。

4.2 测试设备

• 电源：需要两个直流电源，电压/电流分别高于 5 - V/0.1 - A 和 35 - V/0.5 - A，如 Agilent E3634A。
• 函数发生器：一个频率超过 1 MHz 的函数发生器，如 Tektronics AFG3252。

4.3 设备设置

• 直流电源设置：电源 1 电压设置为 5 - V，电流限制为 0.05 - A；电源 2 根据安装的 IC 不同，电压设置为 15 - V 或 12 - V，电流限制为 0.1 A。
• 数字万用表设置：两个数字万用表均设置为直流电流测量，自动量程。
• 函数发生器设置：通道输出为脉冲模式，频率范围为 DC ~ 100 kHz，占空比为 50%，高电平为 5 V，低电平为 0 V，输出阻抗为高阻。
• 示波器设置：通道 A 和 B 的带宽均为 500 MHz 或以上，耦合方式为 DC，终端电阻为 1 MΩ 或自动，比例设置为 10× 或自动，反相关闭。
• 跳线设置：测试使用默认的跳线配置。

4.4 测试连接

按照特定的连接程序进行连接，确保在连接前禁用函数发生器和电压源的输出。连接完成后，示波器应能观察到稳定的脉冲输出，且示波器测量的频率应与函数发生器输出频率相同。

五、不同输入/输出配置的测试波形

5.1 输入侧反向偏置

默认配置将输入接地到阴极缓冲器。通过移除 J2 跳线，阴极和阳极缓冲器可驱动为 180° 异相，展示器件的反向阻断能力。

5.2 输出分离电源

输出可以通过两种方法配置为分离电源操作：

• 单电源：移除 R9，安装 (C6 = C7 = 1 mu F)，(R7 = 7.5 kohm)，(D2 = 5.1 ~V) 齐纳二极管和 R8 跳线。
• 双电源：移除 R9，安装 (C12 = 0.1 mu F)，(C13 = 2.2 mu F)，从 VCC 到 VSS 施加 V +，从 VSS 到 Phase 施加 V -。

5.3 峰值输出电流测量

通过将跳线从 J6 移动到 J7，可配置输出以测量峰值输出电流。此时接入 180 nF 负载电容 C15，输入 PWM 设置为 200 Hz 以避免驱动器过度功耗。

六、UCC23511 测试实现

将默认配置中的 UCC23513 替换为 UCC23511，并根据表 7 调整 R10 的值，以观察驱动器所需的峰值电流。

七、模块其他信息

7.1 原理图

提供了 UCC23513EVM - 014 的原理图，对于 UCC23511 的评估，使用 UCC23513DWY 作为 U1。

7.2 布局图

展示了 UCC23513EVM - 014 的 PCB 布局信息，包括顶层覆盖图、顶层、底层和底层覆盖图。

7.3 材料清单

列出了 UCC23513EVM - 014 的材料清单，包括各个元件的数量、名称、描述、型号和制造商。

八、使用注意事项

8.1 适用范围

评估模块仅适用于产品或软件开发人员在研发环境中进行可行性评估、实验或科学分析，不得直接或间接组装到成品中，也不得用于消费或家庭用途。

8.2 保修条款

TI 对评估模块提供 90 天的保修，前提是模块符合 TI 发布的规格。但在某些情况下，如因用户疏忽、误用或修改导致的不符合规格，TI 不承担责任。

8.3 监管通知

不同地区对评估模块有不同的监管要求，如美国的 FCC 规定、加拿大的 Industry Canada 规定、日本的无线电法规定和欧盟的电磁兼容性指令等。用户在使用时需遵守相应的规定。

8.4 使用限制和警告

评估模块不得用于功能安全和/或安全关键评估，用户在操作前必须阅读并遵循用户指南和相关文档中的警告和限制通知。操作时应在 TI 推荐的规格和环境条件下进行，避免超出规定的性能评级和规格，以免造成人身伤害或财产损失。

UCC2351x 评估模块为工程师提供了一个全面评估 TI 隔离式单通道栅极驱动器的平台。通过了解其特性、测试方法和使用注意事项，工程师可以更好地利用该模块进行产品开发和测试。你在使用类似评估模块时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享。