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德州仪器UCC14141-Q1隔离式DC/DC电源模块深度解析

科技观察员 ? 2025-08-15 16:18 ? 次阅读
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Texas Instruments UCC14141-Q1 5kVRMS 隔离式DC-DC模块是符合汽车标准的高隔离电压DC-DC电源模块,设计用于为IGBT或SiC栅极驱动器供电。UCC14141-Q1集成了变压器和DC-DC控制器,采用专有架构,实现了高密度和极低排放。高精度输出电压可提供更好的沟道增强,从而提高系统效率,同时不会对功率器件栅极造成过大压力。UCC14141-Q1的输入电压既支持电动汽车宽泛的LiFePO4 电池电压 (8V-18V),也支持稳压的12V轨 (10.8V-13.2V),输出功率各不相同。

数据手册:*附件:Texas Instruments UCC14141-Q1 5kVRMS隔离式直流-直流模块数据手册.pdf

Texas Instruments UCC14141-Q1是一款完全集成的模块,具有片上器件保护功能,需要非常少的外部元件,可提供额外的特性。这些特性包括输入欠压锁定、过压锁定、输出电压电源正常比较器、过热关断、软启动超时、可调隔离式正负输出电压、使能引脚和开漏输出电源正常引脚。

特性

  • 采用隔离变压器的完全集成高密度隔离式直流/直流模块
  • 隔离式直流/直流模块,用于驱动:IGBT、SiC FET
  • 输入电压范围:8V至18V,绝对最大值为32V
  • 10.8V < VIN < 13.2V,TA ≤ 85°C时输出功率:1.5W
  • 8V < VIN < 18V,TA ≤ 85°C时输出功率:1W
  • 可调 (VDD - VEE) 输出电压(使用外部电阻器):15V至25V,全温度范围内调节精度为±1.3%
  • 可调 (COM - VEE) 输出电压(使用外部电阻器):2.5V至 (VDD - VEE),全温度范围内调节精度为±1.3%
  • 使能、电源良好、UVLO、OVLO、软启动、短路、功率限制、欠压、过压和过热保护
  • 采用扩频调制和集成变压器,电磁辐射低
  • CMTI >150kV/?s
  • 符合汽车应用类AEC-Q100标准
    • 温度等级1:-40°C ≤ TJ ≤ 150°C
    • 温度等级1:-40°C ≤ TA ≤ 125°C
  • 支持功能安全
    • 来辅助功能安全系统设计的文档
  • 计划中的安全相关认证
    • 7071VPK 加强隔离,符合DIN EN IEC 60747-17 (VDE 0884-17) 标准
    • 5000VRMS 隔离1分钟,符合UL 1577标准
    • 强化绝缘,符合CQC GB4943.1标准
  • 36引脚、宽SSOP封装

功能框图

1.png

德州仪器UCC14141-Q1隔离式DC/DC电源模块深度解析

一、产品核心特性

UCC14141-Q1是德州仪器(TI)推出的汽车级高密度隔离DC/DC电源模块,专为IGBT和SiC FET栅极驱动设计,具有以下突出特性:

  • ?超高隔离性能?:>5kVRMS隔离电压,CMTI>150kV/μs
  • ?宽输入电压范围?:8V至18V工作输入,支持12V电池直接连接
  • ?双路可调输出?:
    • (VDD-VEE)输出范围:15V至25V(±1.3%精度)
    • (COM-VEE)输出范围:2.5V至(VDD-VEE)(±1.3%精度)
  • ?高效率设计?:集成55mΩ高边/24mΩ低边MOSFET,最大95%占空比
  • ?完备保护机制?:输入欠压/过压锁定、输出过流/短路保护、热关断等

二、关键技术创新

1. 集成磁隔离变压器

采用专利的MagLam变压器技术,实现:

  • 16MHz高频开关(带扩频调制)
  • 仅3.3mm×4mm×2mm封装尺寸
  • 低寄生电容(<3.5pF)确保高CMTI
  • 内置7071VPK增强隔离(符合DIN EN IEC 60747-17)

2. 智能双路输出控制

  • ? 主输出(VDD-VEE) ?:采用D-CAP3?自适应导通时间控制
  • ? 次输出(COM-VEE) ?:独特RLIM引脚电流限制架构
  • 支持输出极性灵活配置(正/负/双正/双负)

3. 先进保护系统

  • ?输入保护?:UVLO(7.8V)/OVLO(22V)带迟滞
  • ?输出保护?:独立UVP/OVP比较器(±10%阈值)
  • ?热管理?:双路温度监测(初级/次级独立)

三、典型应用设计

1. 电动汽车驱动系统

  • ?逆变器栅极驱动?:为SiC MOSFET提供+15V/-5V偏置
  • ?设计要点?:
    • 输出配置:VDD=20V, COM=5V, VEE=0V
    • RLIM电阻计算:考虑栅极电荷(Qg)和开关频率
    • 推荐COUT1B=22μF优化动态响应

2. 工业电机驱动

  • ?IGBT驱动电源?:实现+18V/-3V输出
  • ?布局关键?:
    • FBVDD/FBVEE走线远离开关节点
    • VEEA引脚需单点接地
    • 热焊盘必须连接至PCB地平面

四、性能参数详解

1. 电气特性

参数条件最小值典型值最大值单位
输入电压工作范围81218V
(VDD-VEE)精度全温度范围-1.3-+1.3%
开关频率VIN=12V-16-MHz
静态电流ENA=5V,无负载-40-mA

2. 保护阈值

  • ?热关断?:150°C触发(20°C迟滞)
  • ?输出OVP?:31V绝对最大值
  • ?输入UVLO?:7.8V上升/7V下降阈值

五、设计注意事项

1. 电容选型指南

  • ?输入电容?:20μF+0.1μF陶瓷电容组合
  • ?输出电容?:
    • COUT1:10μF(紧靠VDD/VEE引脚)
    • COUT1B:根据Qg计算优化(见公式7)
    • COUT2/COUT3比值需匹配电压分配比

2. RLIM电阻计算

3. PCB布局规范

  • ?层叠设计?:至少4层板,外层2oz铜厚
  • ?热管理?:每侧布置≥48个 thermal via(12mil孔径)
  • ?隔离间距?:保持8mm基本隔离距离

六、认证与可靠性

  • ?汽车认证?:AEC-Q100 Grade 1(-40°C至125°C)
  • ?安全认证?:
    • UL1577 5000VRMS(计划中)
    • CQC GB4943.1增强绝缘(计划中)
  • ?MTBF?:>100年@1000VRMS工作电压(TDDB数据)
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