1.2 應(yīng)用領(lǐng)域

UCC14131-Q1的應(yīng)用場(chǎng)景十分廣泛，涵蓋了混合動(dòng)力、電動(dòng)和動(dòng)力總成系統(tǒng)（EV/HEV）、逆變器和電機(jī)控制、車載充電器（OBC）和無線充電器、汽車DC/DC轉(zhuǎn)換器、電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、EV充電站電源模塊、直流充電樁、串式逆變器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、工業(yè)運(yùn)輸以及商用服務(wù)器電源等領(lǐng)域。

二、詳細(xì)規(guī)格解析

2.1 絕對(duì)最大額定值

了解器件的絕對(duì)最大額定值對(duì)于避免器件損壞至關(guān)重要。UCC14131-Q1的絕對(duì)最大額定值包括輸入電壓、輸出功率、引腳電流、結(jié)溫等參數(shù)。例如，輸入電壓 (VIN) 至地 (GNDP) 的范圍為 - 0.3 V至32 V，總輸出功率 (P{OUT_VDD_MAX}) 在 (T{A} =25 ° C) 時(shí)最大為2.5 W，結(jié)溫 (T_{J}) 的范圍為 - 40 °C至150 °C。

2.2 ESD額定值

靜電放電（ESD）是電子器件面臨的常見問題，UCC14131-Q1在這方面也有相應(yīng)的防護(hù)能力。其人體模型（HBM）ESD額定值為 ±2000 V，充電器件模型（CDM）ESD額定值為 ±500 V。

2.3 推薦工作條件

為了確保器件的最佳性能，需要在推薦工作條件下使用。UCC14131-Q1的推薦輸入電壓 (V{VIN}) 為9 V至18 V，使能電壓 (V{ENA}) 為0 V至5.5 V，電源良好信號(hào) (V{PG}) 為0 V至5.5 V，輸出電壓 (V{VDD}) 為10 V至18 V，環(huán)境溫度 (T{A}) 為 - 40 °C至125 °C，結(jié)溫 (T{J}) 為 - 40 °C至150 °C。

2.4 熱信息

熱性能對(duì)于電源模塊的穩(wěn)定性和可靠性至關(guān)重要。UCC14131-Q1的熱阻參數(shù)包括結(jié)到環(huán)境熱阻 (R{θJA}) 為52.3 °C/W、結(jié)到頂部熱阻 (R{θJC(top)}) 為28.5 °C/W、結(jié)到板熱阻 (R_{θJB}) 為25.9 °C/W等。這些參數(shù)有助于工程師進(jìn)行散熱設(shè)計(jì)，確保器件在合適的溫度范圍內(nèi)工作。

2.5 絕緣規(guī)格

作為隔離DC/DC模塊，UCC14131-Q1的絕緣性能是關(guān)鍵指標(biāo)之一。其外部間隙（CLR）和爬電距離（CPG）均大于8 mm，內(nèi)部絕緣距離（DTI）也有相應(yīng)要求。同時(shí)，還具備多項(xiàng)絕緣相關(guān)的測(cè)試條件和指標(biāo)，如最大重復(fù)峰值隔離電壓 (V{IORM}) 為1414 VPK、最大工作隔離電壓 (V{IOWM}) 為1000 VRMS等。

2.6 電氣特性

UCC14131-Q1的電氣特性涵蓋了輸入電源、欠壓鎖定、過壓鎖定、熱關(guān)斷、使能輸入、電源良好信號(hào)等多個(gè)方面。例如，輸入電壓范圍為8 V至18 V，在不同負(fù)載條件下的輸入電流也有相應(yīng)的規(guī)定。輸出電壓的調(diào)節(jié)精度、反饋調(diào)節(jié)參考電壓等參數(shù)也都有明確的指標(biāo)。

2.7 安全限制值

為了確保器件的安全運(yùn)行，規(guī)定了安全輸入或輸出電流 (I{S})、安全輸入或輸出功率 (P{S}) 和安全溫度 (T_{S}) 等參數(shù)。這些參數(shù)與環(huán)境溫度和器件的散熱條件有關(guān)，工程師在設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理的考量。

三、功能特性深入剖析

3.1 功率級(jí)操作

UCC14131-Q1模塊在初級(jí)側(cè)采用有源全橋逆變器，在次級(jí)側(cè)采用無源全橋整流器。集成的小變壓器具有較高的載波頻率，工作在12 MHz至18 MHz之間，且載波頻率根據(jù)輸入電壓通過前饋控制進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)，采用擴(kuò)頻調(diào)制（SSM）降低輻射，維持零電壓開關(guān)（ZVS）操作以減少開關(guān)功率損耗。

3.2 輸出電壓調(diào)節(jié)

3.2.1 VDD - VEE電壓調(diào)節(jié)

VDD - VEE輸出是模塊的主輸出，通過FBVDD引腳感測(cè)輸出電壓，采用滯環(huán)控制實(shí)現(xiàn)高精度調(diào)節(jié)。當(dāng)FBVDD電壓低于關(guān)斷閾值時(shí)，功率級(jí)工作，輸出電壓上升；當(dāng)輸出電壓達(dá)到關(guān)斷閾值時(shí)，功率級(jí)關(guān)閉，輸出電壓下降；當(dāng)輸出電壓低于開啟閾值時(shí)，功率級(jí)再次開啟。為了提高抗噪性，建議在FBVDD和VEE引腳之間添加330 pF的電容。

3.2.2 COM - VEE電壓調(diào)節(jié)

COM - VEE輸出以VDD - VEE輸出為輸入，通過內(nèi)部的高側(cè)或低側(cè)FET與外部電流限制電阻（(R_{LIM })）配合，采用滯環(huán)控制實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)。同時(shí)，具備保護(hù)功能，防止在COM至VEE短路時(shí)高側(cè)FET長(zhǎng)時(shí)間導(dǎo)通。

3.3 輸出電壓軟啟動(dòng)

軟啟動(dòng)功能可大大減少上電時(shí)的輸入浪涌電流。在 (V{VIN }>V{VINUVLOP}) 且ENA引腳拉高后，軟啟動(dòng)序列開始，通過初級(jí)側(cè)控制信號(hào)使突發(fā)占空比逐漸從12.5%增加到50%，使 (V{VDD-VEE}) 和 (V{COM-VEE}) 按比例上升。當(dāng) (V{VDD-VEE}) 超過一定值后，次級(jí)側(cè)的突發(fā)反饋控制接管，突發(fā)占空比由 (FBVDD) 和 (V_{REF}) 比較決定。在輸出電壓上升過程中，還設(shè)置了3 ms的消抖時(shí)間，確保輸出電壓穩(wěn)定后再發(fā)出電源良好信號(hào)。

3.4 ENA和PG引腳功能

3.4.1 ENA引腳

ENA引腳是高電平有效的使能輸入引腳，可使用3.3 - V或5 - V邏輯電平。當(dāng)ENA引腳電壓高于使能閾值 (V_{ENIR}) 時(shí)，模塊啟動(dòng)；當(dāng)ENA引腳電壓低于禁用閾值 (V{EN_IF}) 時(shí)，模塊停止工作。此外，ENA引腳還可用于在模塊進(jìn)入保護(hù)安全狀態(tài)后進(jìn)行復(fù)位。

3.4.2 PG引腳

PG引腳是低電平有效的電源良好信號(hào)輸出引腳，為開漏輸出。當(dāng)模塊無故障且輸出電壓在設(shè)定值的 ±10%范圍內(nèi)時(shí)，PG引腳拉低。需要連接一個(gè)上拉電阻（> 1 kΩ）到5 - V或3.3 - V邏輯電平。

3.5 保護(hù)功能

UCC14131-Q1具備全面的保護(hù)功能，包括輸入欠壓鎖定、過壓鎖定、輸出欠壓保護(hù)、過壓保護(hù)、過功率保護(hù)和過溫保護(hù)等。其中，輸入欠壓和過壓鎖定保護(hù)具有自動(dòng)恢復(fù)響應(yīng)，其他保護(hù)具有鎖存關(guān)閉響應(yīng)。當(dāng)保護(hù)觸發(fā)后，需要通過切換ENA引腳或調(diào)整輸入電壓來解除鎖存。

四、應(yīng)用與設(shè)計(jì)指南

4.1 典型應(yīng)用

UCC14131-Q1可配置為單輸出或雙輸出轉(zhuǎn)換器，適用于為隔離負(fù)載供電。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)具體需求選擇輸出配置，并通過電阻分壓器設(shè)置輸出電壓。同時(shí)，要根據(jù)電容選擇的方法選擇合適的輸入和輸出電容，以及計(jì)算 (R_{LIM }) 電阻值。

4.2 詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟

4.2.1 電容選擇

在選擇電容時(shí)，要考慮輸出配置和電容比值。對(duì)于雙輸出配置，合理選擇 (C{OUT2}) 和 (C{OUT3}) 的比值可以優(yōu)化調(diào)節(jié)性能，避免過壓或欠壓故障。同時(shí)，引入 (C{OUT1B}) 電容可以減少 (C{OUT2}) 和 (C_{OUT3}) 的電容值，降低總電容和BOM成本。

4.2.2 單 (R_{LIM }) 電阻選擇

當(dāng)模塊配置為雙正或雙負(fù)輸出時(shí)，(R{LIM }) 電阻為真正的電流限制電阻。對(duì)于隔離柵極驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用，(R{LIM }) 引腳需要調(diào)節(jié)中點(diǎn)電壓，以確保輸出電壓的平衡。選擇 (R_{LIM }) 電阻時(shí)，要考慮負(fù)載電流、電容不平衡和瞬態(tài)響應(yīng)等因素，選擇合適的電阻值，避免振蕩或過載。

4.2.3 RDR電路組件選擇

RDR電路可以優(yōu)化 (R{LIM }) 調(diào)節(jié)器的充電和放電電流能力，提高模塊效率。選擇 (R{LIM1}) 和 (R{LIM2}) 電阻時(shí)，要根據(jù)計(jì)算結(jié)果和實(shí)際情況進(jìn)行合理選擇。同時(shí)，要選擇合適的二極管 (D{LIM })，考慮其最大電壓和電流額定值，推薦使用肖特基二極管以減少功率損耗。

4.2.4 反饋電阻選擇

對(duì)于 (V{VDD-VEE}) 調(diào)節(jié)，通過反饋電阻分壓器感測(cè)輸出電壓，使 (FBVDD = 2.5 ~V)。對(duì)于 (V{COM-VEE}) 調(diào)節(jié)，根據(jù)調(diào)節(jié)電壓的不同，有三種不同的反饋電阻配置，分別適用于 (V{COM-VEE }>2.5 ~V)、(V{COM-VEE }=2.5 ~V) 和 (V_{COM-VEE }<2.5 ~V) 的情況。同時(shí)，要在FBVDD和FBVEE引腳與VEE之間連接330 pF的陶瓷電容，以過濾高頻開關(guān)噪聲。

4.3 布局指南

合理的PCB布局對(duì)于UCC14131-Q1的性能至關(guān)重要。建議使用至少4層的PCB，外部層使用2盎司銅。在布局時(shí)，要注意輸入和輸出電容的放置，盡量靠近器件引腳，避免在旁路電容和IC引腳之間放置過孔。同時(shí)，要注意 (R_{LIM }) 電阻、反饋電阻和電容的布局，以及熱過孔的使用，確保良好的散熱性能。此外，要避免在UCC14131-Q1下方布線，以保持?jǐn)?shù)據(jù)手冊(cè)中規(guī)定的爬電距離和間隙。

五、總結(jié)

UCC14131-Q1作為一款高性能的汽車級(jí)隔離DC/DC模塊，具有高集成度、寬輸入電壓范圍、高效功率輸出、低電磁輻射和全面保護(hù)功能等優(yōu)點(diǎn)。在應(yīng)用設(shè)計(jì)時(shí)，工程師需要根據(jù)具體需求合理選擇輸出配置、電容、電阻等組件，并遵循布局指南進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)，以確保系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。希望本文對(duì)大家在使用UCC14131-Q1進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)有所幫助。你在實(shí)際設(shè)計(jì)中是否遇到過類似模塊的應(yīng)用難題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。