玩转 UCC2x5xxEVM-286 评估模块：从原理到实践

在电子工程师的日常设计中，选择合适的隔离栅极驱动器评估模块至关重要。TI 的 UCC2x5xxEVM-286 系列评估模块就是这样一款值得关注的产品，它能帮助我们高效评估相关器件。今天，咱们就来深入了解一下这个系列的评估模块。

文件下载：UCC21520EVM-286.pdf

开篇：UCC2x5xx 器件的卓越特性

UCC2x5xx 专为高压应用而开发，在需要隔离和高可靠性的场景中表现出色。它具备 5.7 kVRMS 的强化隔离能力，能承受高达 12.8 kV 的浪涌，共模瞬态抗扰度（CMTI）大于 100 V/ns，这使得它在复杂电磁环境下能稳定工作。而且，其 19 ns 的超快传播延迟和小于 5 ns 的极窄通道间延迟匹配，为高开关频率、高功率密度和高效率的设计提供了有力支持。此外，它的电源电压范围灵活，VCCI 为 3 - 18 V，VDDA/VDDB 最高可达 25 V，能适应多种驱动模式，如低侧、高侧、高低侧或半桥驱动，无论是双 PWM 输入还是单 PWM 输入都能胜任。集成组件、先进的保护功能（如 UVLO、死区时间和使能/禁用）以及优化的开关性能，让设计师能更快地为企业、电信、汽车和工业应用打造更小且更强大的设计。

评估模块的详细介绍

模块描述

UCC2x5xx 评估板有三个独立的螺丝端子块，分别用于 VCCI、VDDA 和 VDDB 供电。关键输入信号（如 PWM 输入、死区时间编程和使能/禁用功能）通过带跳线的 3 针插头连接，方便设计师评估不同的保护功能。板上还有各种测试点，可用于探测 UCC2x5xx 的关键特性。PCB 布局也经过精心优化，每个栅极驱动回路和电源回路的环路面积都被最小化，并使用了旁路电容器。同时，120 密耳的 PCB 板切口设计支持初级侧和次级侧之间的高压测试。两个输出通道之间的爬电距离通过采用 TO252 - 2（DPAK）封装的自举二极管得到最大化，便于对各种功率转换器拓扑进行高压半桥测试。

模块特性

1. 多种封装支持：适用于宽体 SOIC - 16（DW）封装的 UCC21520DW、UCC20520DW 和 UCC21521CDW，以及宽体 SOIC - 14（DWK）封装的 UCC21530DWK。
2. 宽电源范围：VCCI 电源范围为 3 - 18 V，VDDA/VDDB 电源范围最高可达 25 V。
3. 强大的电流能力：具备 4 - A 源电流和 6 - A 灌电流能力。
4. 高隔离性能：符合 UL 1577 标准，可提供 5.7 kV RMS 的 1 分钟隔离。
5. 兼容输入：TTL/CMOS 兼容输入。
6. 灵活的死区时间编程：板载微调电位器用于死区时间编程。
7. 优化的 PCB 布局：优化了电源旁路电容和栅极驱动回路的布局，支持初级侧和次级侧之间的高压隔离测试，两个输出通道之间的爬电距离最大化。
8. 多器件支持测试：支持使用 MOSFET、IGBT 和 SiC MOSFET 进行半桥测试，可连接外部功率级。
9. 全面的测试点：测试点可探测 UCC21520DW、UCC20520DW、UCC21521CDW、UCC21530DWK 等宽体 ISO 驱动器系列部件的所有关键引脚。

I/O 与跳线设置

I/O 描述

文档中详细列出了各个引脚和跳线的功能，如 J1 - VCCI 为 VCCI 正极，J1 - INA 为 INA/PWM 信号等。同时，还给出了测试点的含义，例如 TP1 为初级 VCC 输入，TP18 为 OUTA 驱动器输出等。这些信息对于准确连接和测试评估模块至关重要。

跳线设置

不同的跳线设置选项为评估模块提供了多种工作模式。以 J - INA 为例，有三种选项：选项 A 是不安装跳线，INA/PWM 信号由外部信号提供，若悬空则默认低电平；选项 B 是在 J1 - INA 和 J1 - GND 之间安装跳线，将 INA 设置为低电平；选项 C 是在 J1 - INA 和 J1 - VCCI 之间安装跳线，将 INA 设置为高电平。不同型号的评估模块在某些跳线设置上可能存在差异，使用时需仔细参考文档。

电气规格与测试要点

电气规格

UCC2x5xxEVM - 286 的电气规格明确，如 VCCI 初级侧电源范围为 3 - 18 V，不同型号的驱动器输出电源范围有所不同，UCC21520EVM - 286 和 UCC20520EVM - 286 为 9.2 - 25 V，UCC21521CEVM - 286 和 UCC21530EVM 为 14.7 - 25 V。开关频率范围为 0 - 5 MHz，工作结温范围为 - 40 - 125 °C。这些规格是我们在设计和测试时必须遵循的基本参数。

测试要点

测试设备

测试需要用到三个电压/电流高于 25 V/1 A 的直流电源（如 Agilent E3634A）、一个频率超过 20 MHz 的双通道函数发生器（如 Tektronics AFG3252）、两个数字万用表以及示波器等设备。

设备设置

1. 直流电源设置：不同的电源有不同的电压和电流限制设置，例如电源 #1 电压设置为 5 V，电流限制为 0.05 A；电源 #2 和 #3 对于 UCC21520EVM 和 UCC20520EVM 电压设置为 12 V，对于 UCC21521CEVM 和 UCC21530EVM 电压设置为 15 V，电流限制均为 0.1 A。
2. 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。
3. 双通道函数发生器设置：通道 A 为脉冲模式，频率为 DC - 5 MHz，占空比 50%，高电平 3.3 V，低电平 0 V，阻抗为高阻，延迟 0 ns；通道 B 延迟 100 ns。
4. 示波器设置：通道 A 带宽 500 MHz 或以上，耦合方式为直流，终端电阻为 1 MΩ 或自动，量程为 10× 或自动，反相关闭。
5. 跳线设置：测试前需安装两个跳线，一个安装在 J3 - DIS 的 EN/DIS - GND 引脚，不同型号的评估模块设置有所不同；另一个安装在 J4 - DT 的 VCCI - DT 引脚。

测试流程

上电流程

1. 确保按照设备设置部分连接好所有设备，可参考相应的波形图。
2. 开启电源 #1。
3. 开启电源 #2 和 #3，若一切设置正确，数字万用表上的静态电流范围应为 1 mA - 3 mA。
4. 开启函数发生器的双通道输出。
5. 观察示波器，应出现稳定的脉冲输出，示波器频率测量结果应与函数发生器输出相同，在无负载条件下，数字万用表的读数应在 10 mA 左右，误差 ±2 mA。

下电流程

1. 关闭函数发生器。
2. 关闭电源 #2 和 #3。
3. 关闭电源 #1。
4. 断开电缆和探头。

不同 DT 配置下的测试波形

DT 连接到 VCCI

当 DT 连接到 VCCI 时，两个通道输出之间的死区时间由输入决定，允许两个输出通道重叠，文档中给出了相应的波形图。

DT 引脚悬空或开路

此时两个通道输出之间的死区时间约为 8 ns，用于联锁保护，也有对应的波形示例。

DT 引脚连接到 RDT

死区时间由公式 DT（ns） = 10 × RDT（kΩ）确定。当 RDT = 100 kΩ 时，DT 引脚的稳态电压约为 0.8 V，电流小于 10 µA。为了获得更好的抗噪声能力和通道间死区时间匹配，建议在 RDT 两端并联一个 2.2 nF 或以上的陶瓷旁路电容器。

其他重要信息

原理图与布局图

文档提供了 UCC21520EVM 的原理图，其他型号的评估模块原理图相似，只是被测设备可能不同。同时，还给出了 UCC21520EVM 的 PCB 布局图，包括顶层覆盖、顶层、底层和底层覆盖，其他型号的布局基本相同，只是标签可能不同。

材料清单

详细列出了 UCC2x5xxEVM - 286 的材料清单，包括电容、电阻、二极管、跳线、测试点等各种元件的数量、描述、制造商和型号。

修订历史

记录了文档从不同版本修订的内容，如更新跳线设置表、原理图、跳线安装位置图、工作台设置图和材料清单等，方便我们了解文档的更新情况和重要变化。

总结与反思

UCC2x5xxEVM - 286 评估模块为评估 TI 的隔离栅极驱动器提供了一个强大且灵活的平台。通过详细了解其特性、电气规格、测试方法和布局等信息，我们能更好地利用这个评估模块进行设计和测试。不过，在实际使用过程中，我们可能会遇到一些问题，比如不同跳线设置下的具体性能差异如何精确衡量，如何根据实际应用需求选择最合适的电源电压和死区时间设置等。希望大家在使用这个评估模块时，能不断探索和实践，充分发挥它的优势，为自己的设计项目带来更多的可能性。你在使用类似评估模块时遇到过哪些问题呢？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。