探索 ISL6539EVAL2：雙開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器解決方案的深度剖析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，雙開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器解決方案一直是工程師們關(guān)注的焦點(diǎn)。今天，我們將深入探討 ISL6539EVAL2 評(píng)估板，它基于 ISL6539 芯片，為雙開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)提供了一個(gè)全面且靈活的平臺(tái)。

文件下載：ISL6539EVAL2.pdf

ISL6539 芯片概述

ISL6539 是一款功能強(qiáng)大的芯片，能夠?yàn)閮蓚€(gè)獨(dú)立的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器提供完整的解決方案。它可以配置為雙開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器或 DDR 穩(wěn)壓器，本文將重點(diǎn)關(guān)注其作為雙開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的應(yīng)用。

作為雙穩(wěn)壓器，ISL6539 為兩個(gè)獨(dú)立的電源軌提供控制和保護(hù)。兩個(gè)穩(wěn)壓器的開(kāi)關(guān)頻率固定在 300kHz，并且兩個(gè)通道可以進(jìn)行 180° 的相移，以最大程度減少相互干擾。此外，它還采用了電壓前饋斜坡調(diào)制、電流模式控制和內(nèi)部反饋補(bǔ)償技術(shù)，能夠?qū)斎腚妷汉洼敵鲐?fù)載瞬變做出快速響應(yīng)。同時(shí)，兩個(gè)通道都提供了 PGOOD 信號(hào)，方便工程師進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

芯片的保護(hù)功能也十分完善，包括欠壓和過(guò)壓保護(hù)，以及利用下 MOSFET 的 rDS(ON) 實(shí)現(xiàn)的可編程過(guò)流保護(hù)。更多關(guān)于 ISL6539 的詳細(xì)信息可以在其數(shù)據(jù)手冊(cè)中找到。

快速啟動(dòng)評(píng)估

ISL6539EVAL2 評(píng)估板開(kāi)箱即用，盒子里包含了本應(yīng)用筆記、ISL6539 數(shù)據(jù)手冊(cè)和評(píng)估板本身。該評(píng)估板支持使用實(shí)驗(yàn)室電源進(jìn)行測(cè)試，兩個(gè)穩(wěn)壓輸出可以通過(guò)外部負(fù)載進(jìn)行測(cè)試。在兩個(gè)穩(wěn)壓輸出軌上有用于連接負(fù)載和監(jiān)測(cè)電壓的接口，還有兩個(gè) LED 指示燈用于指示各個(gè)通道的 PGOOD 信號(hào)狀態(tài)。此外，還有四個(gè)示波器探頭測(cè)試點(diǎn)，方便進(jìn)行深入分析，同時(shí)提供了四個(gè)跳線用于控制和監(jiān)測(cè)。

推薦測(cè)試設(shè)備

為了全面測(cè)試 ISL6539 的功能，推薦使用以下設(shè)備：

• 兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室電源
• 兩個(gè)電子負(fù)載
• 帶有探頭的四通道示波器
• 精密數(shù)字萬(wàn)用表

電路設(shè)置

跳線設(shè)置

連接負(fù)載

兩個(gè)穩(wěn)壓輸出軌既可以提供負(fù)載電流，也可以吸收負(fù)載電流。以下是正確加載每個(gè)軌的方法：

• VOUT1 加載 - 提供電流：將電子負(fù)載的正極端子連接到 VOUT1 接口（J5），將同一負(fù)載的返回端子連接到相鄰的 GND 接口（J8）。
• VOUT1 加載 - 吸收電流：為了在穩(wěn)壓器吸收電流時(shí)測(cè)試該通道，將電子負(fù)載的正極端子連接到 VIN1 接口（J3），將同一負(fù)載的返回端子連接到 VOUT1 接口（J5）。需要注意的是，負(fù)載的返回端子必須浮空才能正常工作。
• VOUT2 加載 - 提供電流：將電子負(fù)載的正極端子連接到 VOUT2 接口（J6），將同一負(fù)載的返回端子連接到相鄰的 GND 接口（J7）。
• VOUT2 加載 - 吸收電流：為了在穩(wěn)壓器吸收電流時(shí)測(cè)試該通道，將電子負(fù)載的正極端子連接到 VIN2 接口（J2），將同一負(fù)載的返回端子連接到 VOUT2 接口（J6）。同樣，負(fù)載的返回端子必須浮空。

連接探頭

連接電源

在將電源連接到評(píng)估板之前，應(yīng)先關(guān)閉電源或禁用其輸出。

• VCC 電源連接：將實(shí)驗(yàn)室電源的正極端子連接到 VCC 接口（J4），將同一負(fù)載的返回端子連接到相鄰的 GND 接口（J14）。VCC 電壓應(yīng)為 5V。
• VIN1 電源連接：將實(shí)驗(yàn)室電源的正極端子連接到 VIN1 接口（J3），將同一負(fù)載的返回端子連接到相鄰的 GND 接口（J1）。該電源的設(shè)置范圍為最小 (1.2*VOUT1) 到最大 18V。
• VIN2 電源連接：將實(shí)驗(yàn)室電源的正極端子連接到 VIN2 接口（J2），將同一負(fù)載的返回端子連接到相鄰的 GND 接口（J14）。該電源的設(shè)置范圍為最小 (1.2*VOUT2) 到最大 18V。

如果跳線 JP7 短路，則只需在一個(gè)輸入電壓接口上施加電壓。需要注意的是，可以使用一個(gè) 5V 電源同時(shí)為所有三個(gè)軌供電。

操作步驟

啟用穩(wěn)壓器

可以通過(guò)簡(jiǎn)單地短路跳線 J5 和 J6 分別啟用通道 1 和通道 2。或者，在跳線保持打開(kāi)的情況下，可以使用外部信號(hào)發(fā)生器通過(guò) EN1 接口（J11）或 EN2 接口（J12）啟用任一通道。

施加電源

必須在打開(kāi)或啟用 VCC 電源之前打開(kāi)或啟用 VIN 電源。同樣，必須在禁用或關(guān)閉 VCC 電源之后禁用或關(guān)閉 VIN 電源。如果 VIN 軌由提供 VCC 的同一電源供電，則此規(guī)則不適用。

檢查波形

上電復(fù)位（POR）后立即啟動(dòng)。使用示波器或其他實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，可以研究輸出的斜坡上升和/或調(diào)節(jié)以及穩(wěn)壓器操作的其他方面。可以通過(guò)使用電子負(fù)載來(lái)加載輸出，當(dāng)然，其他方法也同樣可行。

評(píng)估板設(shè)計(jì)

總體設(shè)計(jì)

評(píng)估板采用 2 盎司、四層印刷電路板構(gòu)建。該板設(shè)計(jì)為在室溫下自然對(duì)流冷卻的條件下，兩個(gè)穩(wěn)壓輸出軌能夠支持 5A 的連續(xù)負(fù)載。

評(píng)估板性能

• 上電：當(dāng) VCC 電壓超過(guò) POR 電平，ISL6539 將開(kāi)始軟啟動(dòng)程序。圖 2 顯示了兩個(gè)穩(wěn)壓軌從 POR 開(kāi)始的啟動(dòng)情況。
• 輸出紋波：圖 4 顯示了兩個(gè)穩(wěn)壓器輸出的紋波，說(shuō)明了兩個(gè)穩(wěn)壓器之間的 180° 相移。
• 瞬態(tài)性能：圖 5 顯示了每個(gè)穩(wěn)壓器在受到單獨(dú)的瞬態(tài)負(fù)載應(yīng)力時(shí)的響應(yīng)。
• 效率：圖 6 顯示了各個(gè)穩(wěn)壓器的效率，這些效率是在互補(bǔ)穩(wěn)壓器禁用的情況下測(cè)量的，ISL6539 的功耗不包括在效率曲線中。

評(píng)估板定制

設(shè)計(jì)師可以根據(jù)不同的需求對(duì) ISL6539EVAL2 評(píng)估板進(jìn)行多種修改，例如：

• 更改 (Vout1) 和 VOUT2 穩(wěn)壓器的輸出電感 L1 和 L2。
• 改變輸入電容，評(píng)估板出廠時(shí)配備了兩個(gè) 10μF 陶瓷電容 C2 和 C3 作為輸入電容，在 C1 位置預(yù)留了安裝 10mm 直徑通孔鋁電解電容的位置。
• 修改任一穩(wěn)壓器的輸出電容，評(píng)估板每個(gè)穩(wěn)壓器的輸出配備了一個(gè) 220μF 電容，VOUT1 穩(wěn)壓器有兩個(gè)空位 C12 和 C13，VOUT2 穩(wěn)壓器有兩個(gè)空位 C14 和 C15。
• 通過(guò) OCSET 電阻 R10 和 R11 分別編程 VOUT1 和 VOUT2 穩(wěn)壓器的過(guò)流跳閘點(diǎn)，具體細(xì)節(jié)可參考 ISL6539 數(shù)據(jù)手冊(cè)。
• 改變 C18 和 C19 的值將改變軟啟動(dòng)期間輸出的上升時(shí)間，具體細(xì)節(jié)可參考 ISL6539 數(shù)據(jù)手冊(cè)。
• 通過(guò)更換 MOSFET U2 和 U3 為具有更高電流處理能力的器件，可以增加任一軌的負(fù)載能力。如果這樣做，可能需要修改 ISEN 電阻值 R4 和 R5，同時(shí)也需要重新評(píng)估過(guò)流電阻值 R10 和 R11，具體計(jì)算方法可參考 ISL6539 數(shù)據(jù)手冊(cè)。
• 通過(guò)改變電阻 R12 可以修改 (V_{OUT1}) 穩(wěn)壓器的輸出電壓，通過(guò)改變電阻 R13 可以修改 VOUT2 的輸出電壓，具體細(xì)節(jié)可參考 ISL6539 數(shù)據(jù)手冊(cè)。

總結(jié)

ISL6539EVAL2 是一個(gè)多功能的平臺(tái)，使設(shè)計(jì)師能夠全面了解 ISL6539 作為雙電壓穩(wěn)壓器的功能。該板還具有足夠的靈活性，允許設(shè)計(jì)師根據(jù)不同的需求進(jìn)行修改。文檔的后續(xù)頁(yè)面提供了原理圖、物料清單和布局圖，以支持該解決方案的實(shí)施。

你在使用 ISL6539EVAL2 評(píng)估板的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題？或者你對(duì)雙開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)有什么獨(dú)特的見(jiàn)解？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和想法。