UCC14241-Q1：汽車(chē)級(jí)高隔離電壓DC/DC電源模塊的卓越之選

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)工作中，為IGBT或SiC柵極驅(qū)動(dòng)器提供穩(wěn)定可靠的電源是一項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)。德州儀器（TI）推出的UCC14241-Q1汽車(chē)級(jí)高隔離電壓DC/DC電源模塊，以其出色的性能和豐富的特性，成為了眾多工程師的理想選擇。今天，我們就來(lái)深入了解一下這款模塊。

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一、模塊概述

UCC14241-Q1專(zhuān)為汽車(chē)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，具備高隔離電壓特性，能夠?yàn)镮GBT或SiC柵極驅(qū)動(dòng)器提供穩(wěn)定的電源。它集成了變壓器和DC/DC控制器，采用專(zhuān)有架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了高效率和低輻射。其高精度的輸出電壓能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供更好的通道增強(qiáng)，提高系統(tǒng)效率，同時(shí)避免對(duì)功率器件柵極造成過(guò)應(yīng)力。

二、核心特性解析

（一）高集成度與高隔離性

UCC14241-Q1集成了隔離變壓器，形成了高集成度的隔離式DC/DC模塊。這種集成設(shè)計(jì)不僅節(jié)省了電路板空間，還提供了高達(dá)5000 VRMS的隔離電壓，以及1000 VRMS的連續(xù)工作電壓，能夠滿(mǎn)足汽車(chē)等對(duì)安全性要求極高的應(yīng)用場(chǎng)景。

（二）寬輸入電壓范圍與高輸出功率

該模塊的輸入電壓范圍為21 V至27 V，絕對(duì)最大電壓為32 V，能夠適應(yīng)不同的電源環(huán)境。在TA ≤85°C時(shí)，輸出功率可達(dá)2.0 W；在TA = 105°C時(shí)，輸出功率仍大于1.5 W，為負(fù)載提供了充足的動(dòng)力。

（三）可調(diào)節(jié)輸出電壓與高精度調(diào)節(jié)

通過(guò)使用電阻，UCC14241-Q1可以實(shí)現(xiàn)單輸出或雙輸出電壓的調(diào)節(jié)，并且在整個(gè)工作范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)精度小于±1.3%，確保了輸出電壓的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

（四）低電磁輻射與多重保護(hù)功能

采用擴(kuò)頻調(diào)制和集成變壓器設(shè)計(jì)，有效降低了電磁輻射。同時(shí)，模塊具備多種保護(hù)功能，如使能、電源良好、欠壓鎖定（UVLO）、過(guò)壓鎖定（OVLO）、軟啟動(dòng)、短路、功率限制、欠壓、過(guò)壓和過(guò)溫保護(hù)等，CMTI >150 kV/μs，能夠有效保護(hù)系統(tǒng)免受各種異常情況的影響。

（五）符合汽車(chē)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)與功能安全能力

該模塊通過(guò)了AEC-Q100認(rèn)證，適用于汽車(chē)應(yīng)用。溫度等級(jí)為1，工作溫度范圍為 -40°C ≤TJ ≤150°C， -40°C ≤TA ≤125°C。此外，它還具備功能安全能力，提供相關(guān)文檔以輔助功能安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并計(jì)劃獲得多項(xiàng)安全相關(guān)認(rèn)證。

三、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

UCC14241-Q1適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景，包括混合動(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(chē)載（OBC）和無(wú)線(xiàn)充電器、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）站、串式逆變器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、交流逆變器和VF驅(qū)動(dòng)器、機(jī)器人伺服驅(qū)動(dòng)器、工業(yè)運(yùn)輸以及非公路車(chē)輛電動(dòng)驅(qū)動(dòng)等。

四、詳細(xì)工作原理

（一）電源轉(zhuǎn)換與輸出調(diào)節(jié)

VVIN電源提供給初級(jí)側(cè)功率控制器，該控制器切換與集成變壓器相連的輸入級(jí)。功率通過(guò)變壓器傳輸?shù)酱渭?jí)側(cè)輸出級(jí)，并通過(guò)連接在（VDD – VEE）引腳和FBVDD引腳之間的電阻分壓器進(jìn)行調(diào)節(jié)，輸出電壓可通過(guò)外部電阻分壓器進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了寬范圍的（VDD – VEE）調(diào)節(jié)。

（二）反饋控制與保護(hù)機(jī)制

快速滯回反饋突發(fā)控制回路監(jiān)控（VDD – VEE），確保輸出電壓在負(fù)載和線(xiàn)路瞬變期間保持在滯回范圍內(nèi)，具有低過(guò)沖和下沖。欠壓鎖定（UVLO）保護(hù)和過(guò)壓鎖定（OVLO）保護(hù)分別監(jiān)控輸入電壓引腳VIN，確保系統(tǒng)在不同電壓條件下的穩(wěn)定運(yùn)行。受控的軟啟動(dòng)時(shí)序限制了峰值輸入浪涌電流，保護(hù)了系統(tǒng)的安全。

（三）第二輸出軌的作用

UCC14241-Q1還提供了第二個(gè)輸出軌（COM – VEE），用作柵極驅(qū)動(dòng)器的負(fù)偏置，使IGBT能夠更快地關(guān)斷，并防止SiC器件在快速開(kāi)關(guān)過(guò)程中意外導(dǎo)通。

五、設(shè)計(jì)要點(diǎn)與注意事項(xiàng)

（一）應(yīng)用設(shè)計(jì)

在進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際需求選擇單輸出或雙輸出配置，并通過(guò)電阻分壓器設(shè)置輸出電壓。同時(shí)，要合理選擇輸入和輸出電容器，以?xún)?yōu)化系統(tǒng)性能和降低成本。

（二）電容選擇

對(duì)于雙輸出配置，正確選擇輸出電容器的比例至關(guān)重要，以避免過(guò)壓或欠壓故障?？梢酝ㄟ^(guò)引入COUT1B電容器來(lái)降低COUT2和COUT3的電容需求，從而減少總電容和成本。

（三）電阻選擇

RLIM電阻的選擇需要考慮負(fù)載電流、電容不平衡和電壓瞬變等因素，以確保能夠提供足夠的電流補(bǔ)償和穩(wěn)定的輸出電壓。RDR電路組件的選擇也需要根據(jù)具體情況進(jìn)行優(yōu)化，以提高系統(tǒng)效率。

（四）反饋電阻選擇

在雙輸出應(yīng)用中，需要根據(jù)COM-VEE的調(diào)節(jié)電壓選擇合適的反饋電阻配置，并連接330pF陶瓷電容器以過(guò)濾高頻開(kāi)關(guān)噪聲。

（五）PCB布局

合理的PCB布局對(duì)于模塊的性能至關(guān)重要。需要遵循布局指南，如將輸入和輸出電容器盡可能靠近引腳放置，避免在UCC14241-Q1下方布線(xiàn)以保持爬電距離和間隙等。

六、總結(jié)

UCC14241-Q1汽車(chē)級(jí)高隔離電壓DC/DC電源模塊憑借其高集成度、高隔離性、寬輸入電壓范圍、可調(diào)節(jié)輸出電壓、低電磁輻射和多重保護(hù)功能等優(yōu)勢(shì)，為電子工程師在汽車(chē)和工業(yè)應(yīng)用中提供了一個(gè)可靠的電源解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師需要充分考慮模塊的特性和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以確保系統(tǒng)的性能和可靠性。你在使用類(lèi)似模塊時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。