探索TEA2096DB2201同步整流評估板：特性、應(yīng)用與安全須知

作為電子工程師，在開關(guān)電源（SMPS）的設(shè)計(jì)與評估工作中，擁有一款性能出色的評估板至關(guān)重要。今天，我們就來深入了解一下NXP Semiconductors的 TEA2096DB2201同步整流評估板。

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一、評估板概述

TEA2096DB2201評估板專為參與開關(guān)電源（SMPS）評估與設(shè)計(jì)的工程師打造。它主要包含諧振轉(zhuǎn)換器二次側(cè)整流部分，不過輸出電容和反饋控制硬件需另外配備。若要正確使用該評估板，還需要一塊能讓其替換二次側(cè)整流部分的諧振轉(zhuǎn)換器板。

這款評估板以SO - 8封裝的TEA2096T SR控制器和PD - TSON - 8封裝的兩個150 V MOSFET為核心。TEA2096T是用于諧振轉(zhuǎn)換器二次側(cè)同步整流的專用控制IC，具備兩個階段來感應(yīng)和驅(qū)動同步整流MOSFET，可對中心抽頭二次變壓器繞組的輸出進(jìn)行整流，其漏源極額定電壓達(dá)200 V，使得評估板適用于輸出電壓最高達(dá)60 V的應(yīng)用場景。

二、評估板特性亮點(diǎn)

2.1 雙同步整流

該評估板具備雙同步整流功能，適用于諧振轉(zhuǎn)換器，能夠顯著提升電源效率，降低功耗。

2.2 易于替換

可以輕松替換現(xiàn)有諧振轉(zhuǎn)換器的二次側(cè)整流器，為工程師的設(shè)計(jì)工作提供了極大的便利。

2.3 差分輸入

采用差分輸入方式，可獨(dú)立感應(yīng)每個同步整流MOSFET的漏源電壓，確保精確控制。

2.4 自適應(yīng)柵極驅(qū)動

具備自適應(yīng)柵極驅(qū)動功能，能在導(dǎo)通結(jié)束時實(shí)現(xiàn)快速關(guān)斷，在任何負(fù)載條件下都能達(dá)到最高效率。

2.5 寬工作范圍

支持1 MHz的開關(guān)頻率，工作電壓范圍為4.75 V至38 V，還能支持5 V電源與邏輯電平同步整流MOSFET配合工作。

2.6 多種保護(hù)功能

擁有欠壓鎖定（UVLO）保護(hù)和主動?xùn)艠O下拉功能，以及互鎖功能，可防止外部MOSFET同時導(dǎo)通，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

三、評估板硬件剖析

3.1 電路構(gòu)成

評估板主要由TEA2096T SR控制器和兩個同步整流MOSFET組成。TEA2096T作為雙控放大器，輸入為漏源電壓差，輸出為相應(yīng)的柵極驅(qū)動信號。電阻R4和R5的添加是為了簡化單面電路板的布局設(shè)計(jì)，若要實(shí)現(xiàn)最快的關(guān)斷時間，可將電阻值設(shè)為0 Ω。電容C1是TEA2096T的VCC引腳去耦電容，需靠近IC連接，并與電阻R5共同構(gòu)成簡單的RC濾波器。

3.2 緩沖器預(yù)留

評估板預(yù)留了緩沖器電阻R2/電容C2和電阻R3/電容C3的位置，但這些元件并未安裝。如果MOSFET的漏源連接端出現(xiàn)高壓尖峰，可添加這些元件來進(jìn)行抑制。

3.3 工作模式

• 開啟階段：當(dāng)漏源電壓降至開啟閾值（ - 400 mV）以下時，MOSFET開啟，對應(yīng)的柵極驅(qū)動輸出使外部同步整流MOSFET導(dǎo)通，其柵極迅速充電至超過閾值水平，隨后進(jìn)入調(diào)節(jié)階段，且無最小導(dǎo)通時間限制。
• 調(diào)節(jié)與關(guān)斷階段：在調(diào)節(jié)模式下，IC將漏源感應(yīng)輸入之間的電壓差調(diào)節(jié)至絕對電平25 mV，并相應(yīng)調(diào)整柵極驅(qū)動輸出電平。當(dāng)電流降至較低值時，柵極驅(qū)動輸出放電至略高于外部MOSFET柵極閾值電壓；當(dāng)電流為零時，實(shí)現(xiàn)快速關(guān)斷。特別是在連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）下，選擇 $R_{DSon}$ 值足夠低的MOSFET，可確保柵極驅(qū)動輸出放電至略高于外部MOSFET的柵源閾值電平，從而實(shí)現(xiàn)快速關(guān)斷，減少反向電流和漏極端的相關(guān)電壓過沖。
• 同步整流波形：從同步整流波形圖中，我們可以直觀地觀察到評估板在不同工作階段的信號變化情況，有助于工程師進(jìn)行性能分析和優(yōu)化。
• 互鎖功能：TEA2096T具備互鎖功能，可避免兩個柵極驅(qū)動輸出同時開啟。一個柵極驅(qū)動輸出關(guān)斷后，IC最多等待200 ns（td(interlock)）才會開啟另一個柵極驅(qū)動輸出，有效防止了外部MOSFET的同時導(dǎo)通，提高了系統(tǒng)的安全性。

四、硬件連接要點(diǎn)

將TEA2096DB2201評估板連接到LLC控制器板的二次側(cè)時，評估板有四個連接點(diǎn)。需將SECA和SECB焊盤連接到變壓器的二次輸出端，GND焊盤連接到主板的電源地。由于這些線路中的電流可能較大，因此SECA、SECB和GND連接應(yīng)使用粗線。對于輸出電壓最高為38 V的情況，XV連接可直接連接到主板的 $V_{out}$；若輸出電壓超過38 V，則需要使用串聯(lián)穩(wěn)壓器將TEA2096T的電源電壓降至38 V以下。在使用串聯(lián)穩(wěn)壓器時，需要在穩(wěn)壓器的功耗和TEA2096T的功耗之間進(jìn)行權(quán)衡。

六、安全注意事項(xiàng)

6.1 使用限制

TEA2096DB2201評估板僅用于工程開發(fā)或評估目的，并非參考設(shè)計(jì)，不能代表任何特定應(yīng)用的最終設(shè)計(jì)建議。最終產(chǎn)品的性能很大程度上取決于印刷電路板布局、散熱設(shè)計(jì)以及電源濾波、瞬態(tài)抑制和I/O信號質(zhì)量等因素。

6.2 安全風(fēng)險(xiǎn)

該評估板由交流市電供電，在連接市電和運(yùn)行時，切勿觸摸電路板。在不受控制的非實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中使用時，必須配備隔離外殼。建議使用固定或可變變壓器實(shí)現(xiàn)與市電相位的電氣隔離，以避免觸電、人身傷害、死亡和/或火災(zāi)等危險(xiǎn)。同時，該產(chǎn)品應(yīng)由符合當(dāng)?shù)匾蠛蛣趧臃ㄒ?guī)定的合格人員在指定測試區(qū)域內(nèi)操作，且不得無人值守。

七、總結(jié)

TEA2096DB2201同步整流評估板憑借其豐富的特性和出色的性能，為開關(guān)電源的設(shè)計(jì)與評估提供了有力支持。然而，在使用過程中，我們必須嚴(yán)格遵守安全注意事項(xiàng)，確保自身安全和設(shè)備的正常運(yùn)行。希望通過本文的介紹，能讓各位工程師對該評估板有更深入的了解，在實(shí)際工作中充分發(fā)揮其優(yōu)勢。大家在使用這款評估板的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。