5kVRMS、隔离式直流/直流模块" />

ZHCSRQ5B february   2023  – june 2023 UCC14141-Q1

PRODUCTION DATA  

  1.   1
  2. 特性
  3. 应用
  4. 说明
  5. 修订历史记录
  6. 器件比较
  7. 引脚配置和功能
  8. 规格
    1. 7.1  绝对最大额定值
    2. 7.2  ESD 等级
    3. 7.3  建议运行条件
    4. 7.4  热性能信息
    5. 7.5  绝缘规格
    6. 7.6  安全相关认证
    7. 7.7  电气特性
    8. 7.8  安全限值
    9. 7.9  绝缘特性
    10. 7.10 典型特性
  9. 详细说明
    1. 8.1 概述
    2. 8.2 功能方框图
    3. 8.3 特性说明
      1. 8.3.1 功率级运行
        1. 8.3.1.1 VDD-VEE 电压调节
        2. 8.3.1.2 COM-VEE 电压调节
        3. 8.3.1.3 功率处理能力
      2. 8.3.2 输出电压软启动
      3. 8.3.3 ENA 和 PG
      4. 8.3.4 保护功能
        1. 8.3.4.1 输入欠压锁定
        2. 8.3.4.2 输入过压锁定
        3. 8.3.4.3 输出欠压保护
        4. 8.3.4.4 输出过压保护
        5. 8.3.4.5 过功率保护
        6. 8.3.4.6 过热保护
    4. 8.4 器件功能模式
  10. 应用和实施
    1. 9.1 应用信息
    2. 9.2 典型应用
      1. 9.2.1 设计要求
      2. 9.2.2 详细设计过程
        1. 9.2.2.1 电容器选型
        2. 9.2.2.2 单个 RLIM 电阻器选型
        3. 9.2.2.3 RDR 电路元件选型
    3. 9.3 系统示例
    4. 9.4 电源相关建议
    5. 9.5 布局
      1. 9.5.1 布局指南
      2. 9.5.2 布局示例
  11. 10器件和文档支持
    1. 10.1 文档支持
      1. 10.1.1 相关文档
    2. 10.2 接收文档更新通知
    3. 10.3 支持资源
    4. 10.4 商标
    5. 10.5 静电放电警告
    6. 10.6 术语表
  12. 11机械、封装和可订购信息

封装选项

机械数据 (封装 | 引脚)
散热焊盘机械数据 (封装 | 引脚)
订购信息

单个 RLIM 电阻器选型

UCC14141-Q1 器件提供隔离式输出 VDD-VEE 作为其主输出。它还使用 VDD-VEE 作为其电源,提供了另一个输出 COM-VEE。由于两个输出都与输入隔离,并且共用 VEE 作为公共参考点,因此 UCC14141-Q1 输出可配置为两个正输出、两个负输出或一正一负两个输出,如图 9-6 所示。

GUID-52BF06CA-D1A2-46BA-BCBC-7B23D8A4CEB9-low.svg GUID-1E059162-036F-4804-B1B9-73B7AAD35F92-low.svg
(a) 双路输出,双正 (b) 双路输出,双负
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(c) 双路输出,一正一负

图 9-6 双路输出配置

当模块配置为双路正输出或双路负输出时,RLIM 电阻器是真正的限流电阻器。使用方程式 14,将 RLIM 电阻器值设置为 VOUT2 需要最大负载电流时的值。IVOUT2_max 是 VOUT2 输出的最大负载电流。

方程式 9. R L I M = V O U T 2 I V O U T 2 _ m a x   - R L I M _ I N T

RLIM_INT 是内部开关电阻值,典型值为 30Ω。

对于隔离式栅极驱动器应用,需要一个正输出和一个负输出。在这种情况下,VDD-VEE 是总输出电压,中间点成为参考点。由于 VDD 和 VEE 之间的总电压始终通过 FBVDD 反馈进行调节,因此 RLIM 引脚只需调节中点电压,以便能够提供正确的正负电压。可以通过 FBVEE 引脚来实现 RLIM 控制,如COM-VEE 电压调节中所述。

根据 UCC14141-Q1 汽车类 1.5W、12V VIN25V VOUT、高密度、
> 5kVRMS、隔离式直流/直流模块功率级运行输出电压软启动ENA 和 PG 电容器选型单个 RLIM 电阻器选型RDR 电路元件选型
,选择与电压比成正比的输出电容比时,电容器将形成分压器。中点电压必须自然提供正确的正负电压。同时,对于栅极驱动器电路,导通期间从正电源轨电容器拉出的栅极电荷会在关断期间反馈到负电源轨电容器,两个输出电源轨负载必须始终保持平衡。但是,由于栅极驱动器电路静态电流不平衡以及两个电源轨的电容容差,中点电压可能会随着时间的推移而发生偏移。RLIM 引脚提供相反的电流,可将中点电压保持在正确的电平。

图 9-7 (a) 所示,在不考虑栅极电荷的情况下,栅极驱动器电路静态电流会以不同的方式加载正电源轨和负电源轨。净电流显示为中点的直流失调电流。

图 9-7 (b) 所示,每次栅极驱动器电路打开主电源开关时,它都会将电荷从正负电源轨输出电容器中拉出。当模块功率级向次级侧供电,使这些电容器刷新时,会将相同的电荷馈入这两个电容器中。如果电容器值完全匹配,则电容中的电压上升将成比例。正负电压不会改变。但是,由于电容器容差,电容器值并不完全匹配。电压将以不同的比率上升,其中较小的电容器上升得更快。随着时间的推移,中点电压 COM 将拉至另一个值。其中一个电容器上的负载将导致电压不平衡。RLIM 功能可抵消电压不平衡并使 COM 电压恢复到稳压状态。

GUID-0F8AD383-24D8-4049-BBA1-1A66A252A503-low.svg GUID-11EB39CF-8637-4DEC-939A-096E2E64EDC0-low.svg
(a) 负载电流不平衡 (b) 电容不平衡

图 9-7 电压不平衡来源
由于这两个影响,RLIM 必须提供足够的电流来补偿此失调电流。RLIM 必须足够低以提供足够的电流,但不能太低,否则会在栅极驱动器的每个导通和关断边沿纠正中点电压,并产生过多的功率损耗。

使用以下 3 个公式选择的 RLIM 电阻器可为负载提供足够的电流,其中值以这 3 个公式中的最低者为准。

方程式 10. R L I M _ M A X _ H = V V D D - C O M C O U T 3 × 1 - C O U T 3 C O U T 2 × 1 - C O U T 2 + C O U T 3 × 1 - C O U T 3 - C O U T 3 C O U T 2 + C O U T 3 × Q G _ T o t a l × f S W + I C O M _ S O U R C E - R L I M _ I N T
其中
  • QG_Total 是电源开关的总栅极电荷。
  • fSW 是栅极驱动器负载的开关频率。
  • 当 ICOM-VEE>IVDD-COM 时,∆ICOM_SOURCE=ICOM-VEE-IVDD-COM。否则,∆ICOM_SOURCE=0A。

方程式 11. R L I M _ M A X _ L 1 = V C O M - V E E C O U T 2 × 1 - C O U T 2 C O U T 2 × 1 - C O U T 2 + C O U T 3 × 1 - C O U T 3 - C O U T 2 C O U T 2 + C O U T 3 × Q G _ T o t a l × f S W + I C O M _ S I N K - R L I M _ I N T

其中,当 ICOM-VEE<IVDD-COM 时,∆ICOM_SINK=IVDD-COM-ICOM-VEE。否则,∆ICOM_SINK=0A。

方程式 12. R L I M _ M A X _ L 2 = V C O M - V E E C O U T 3 + T O L E R A N C E C O U T 3 × 0.10 x V C O M - V E E 3   m s + I C O M _ S I N K - R L I M _ I N T
RLIM 值选择以下两者中的较小者:1) 电容器不平衡和负载所需的 RLIM,由 RLIM_MAX_H 和 RLIM_MAX_L1 计算得出,或 2) 在给定负载电流的情况下,在 3ms 内响应 VCOM-VEE 瞬态所需的 RLIM,由 RLIM_MAX_L2 计算得出。

RLIM 值决定 (COM–VEE) 调节的响应时间。RLIM 值过低会导致振荡并可能使 (VDD–VEE) 过载。RLIM 值过高可能会因响应缓慢而导致失调电压误差。如果 RLIM 大于上述计算值,则没有足够的电流来为输出电容器充电,从而导致电荷不平衡,其中电压无法保持调节,并最终超过 OVP 或 UVP 故障阈值,这时器件将关断以提供保护。选择的 RLIM 值应当接近三个计算结果中的最小值但比最小值小。

RLIM 的功率损耗可根据下式推导出

方程式 13. P R L I M = V V D D - C O M 2 R L I M D u t y R L I M + ( C O U T 2 × 1 - C O U T 2 C O U T 2 × 1 - C O U T 2 + C O U T 3 × 1 - C O U T 3 - C O U T 2 C O U T 2 + C O U T 3 × Q G _ T o t a l × f S W + I C O M _ S I N K ) 2 × R L I M
其中,DutyRLIM 是相对于开关周期的 RLIM 引脚开关导通时间的占空比。根据经验,33% 是用于计算功率损耗的合理值。