ISL6549 EVAL1評(píng)估板：多功能電源控制解決方案

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理是至關(guān)重要的一環(huán)。今天，我們來深入探討ISL6549 EVAL1評(píng)估板，它為電源控制提供了靈活且強(qiáng)大的解決方案，適用于多種應(yīng)用場景。

文件下載：ISL6549HI-EVAL1.pdf

一、引言

PCI - Express在許多PC中用作顯卡接口，新格式雖提高了數(shù)據(jù)速率，但接口不再提供5V電壓。這催生了新一代控制器IC，如ISL6549，它能在12V偏置下控制一個(gè)PWM和一個(gè)線性輸出，也適用于其他有12V電源的系統(tǒng)。ISL6549LOW - EVAL1和ISL6549HI - EVAL1評(píng)估板為系統(tǒng)配置和測試提供了便捷途徑。

二、工廠配置

2.1 低功率配置（ISL6549LOW - EVAL1）

• (V{OUT1}=5.0V @ 3A)（(V{IN 1}=V_{CC 12}=12V)，使用JP1，PWM開關(guān)頻率600kHz）
• (V{OUT2}=3.3V @ 1A)（(V{IN2}=V_{OUT1}=5.0V)，使用JP2）
• 注意：(V{OUT1})需提供3A電流，加上(V{OUT2})的1A，總共4A。在室溫環(huán)境和合適的12V、3A電源下，兩個(gè)輸出應(yīng)能同時(shí)達(dá)到額定電流。線性調(diào)節(jié)器的輸出電流能力主要取決于旁路FET的功耗。

2.2 高電流配置（ISL6549HI - EVAL1）

• (V{OUT1}=1.2V @ 20A)（(V{IN 1}=V_{CC 12}=12V)，使用JP1，PWM開關(guān)頻率600kHz）
• (V{OUT2}=1.6V @ 1A)（(V{IN 2}=3.3V)，JP2斷開）

三、快速啟動(dòng)評(píng)估

評(píng)估板的輸入輸出連接清晰，每個(gè)輸入（(V{CC 12})、(V{IN 1})、(V_{IN 2})）及其GND都有接線柱，輸出有用于連接輸出電壓和GND的端子以及示波器探頭插座，方便監(jiān)測低噪聲波形。JP1和JP2用于電壓共享，板上多數(shù)重要IC信號(hào)有測試引腳，便于監(jiān)測或進(jìn)行替代連接。SW1可用于啟用/禁用調(diào)節(jié)器，當(dāng)PHASE節(jié)點(diǎn)有活動(dòng)時(shí)，CR1 LED會(huì)亮起。

3.1 輕載快速啟動(dòng)設(shè)置

• 對(duì)于ISL6549LOW - EVAL1板，將SW1指向板底部，接通12V電源輸入，當(dāng)(V_{OUT1})開始切換時(shí)，CR1 LED應(yīng)亮起。
• 對(duì)于ISL6549HI - EVAL1板，除了12V電源輸入，還需為(V{IN2})提供3.3V電源，并移除JP2。同樣，當(dāng)(V{OUT1})開始切換時(shí)，CR1 LED應(yīng)亮起。

四、輸入電源考慮

4.1 FET和電感選擇

輸出負(fù)載電流決定了應(yīng)用所需FET的數(shù)量和類型，評(píng)估板有多個(gè)FET焊盤，可根據(jù)需要選擇不同配置。電感初始尺寸按預(yù)期最大電流確定，也可根據(jù)需求進(jìn)行替換。

4.2 輸入電壓連接

評(píng)估板有(V{CC 12})、(V{IN 1})和(V{IN 2})三組輸入電壓接線柱，所有輸入和輸出GND接線柱連接到內(nèi)部GND平面。若(V{IN 1})和(V{CC 12})共用12V電源，應(yīng)短接JP1；否則應(yīng)斷開。(V{IN 2})為線性調(diào)節(jié)器的輸入電壓，應(yīng)連接到板左上角的(V{IN 2})接線柱，除非使用(V{OUT1})作為(V_{IN 2})電源，否則不應(yīng)安裝JP2。

4.3 滿載測試

滿載測試時(shí)，應(yīng)使用能提供所需最大輸出負(fù)載電流的輸入電源，高電流板建議使用5A額定電源。由于(V{OUT2})是線性調(diào)節(jié)器，(V{IN 2})必須能直接提供滿載電流。使用電子負(fù)載評(píng)估輸出較為方便。

五、電路設(shè)置選項(xiàng)

5.1 輸出電壓編程

每個(gè)輸出可通過電阻分壓器編程，電壓范圍在輸入電壓（最大12V）和內(nèi)部參考電壓（0.8V）之間。兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入電容額定電壓為16V，大容量輸出電容額定電壓為10V，部分陶瓷輸出電容額定電壓為6.3V。

5.2 開關(guān)頻率設(shè)置

開關(guān)調(diào)節(jié)器的頻率可設(shè)置在150kHz至1MHz之間，開關(guān)頻率影響輸出紋波電流以及輸出電感和電容的選擇。通過連接到GND的單個(gè)電阻（R7）可設(shè)置頻率。

5.3 封裝選擇

評(píng)估板使用14引腳SOIC封裝的IC，還提供16引腳QFN和16引腳QSOP封裝的虛擬焊盤用于尺寸比較。QFN封裝在應(yīng)用中可能具有最佳熱性能。

5.4 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)

開關(guān)調(diào)節(jié)器使用類型2補(bǔ)償，但也提供類型3網(wǎng)絡(luò)的焊盤。補(bǔ)償組件根據(jù)給定的電感、電容值（及其ESR）和工作頻率選擇，若組件或參數(shù)改變，可能需要相應(yīng)調(diào)整補(bǔ)償以保持穩(wěn)定運(yùn)行。線性調(diào)節(jié)器在大多數(shù)情況下無需外部補(bǔ)償，但也提供了需要時(shí)的焊盤。

六、性能波形

6.1 上電過程

上電時(shí)最多需要3個(gè)電源（(V{CC 12})、(V{IN 1})、(V{IN 2})），電源上電順序任意，但為正常運(yùn)行，(V{CC 12})電源必須高于其POR上升觸發(fā)電平，內(nèi)部5.4V電源（VCC5引腳）也必須高于其POR上升觸發(fā)電平，且FS不能為低電平。滿足條件后，IC將開始軟啟動(dòng)周期，使兩個(gè)輸出電壓上升。

6.2 軟啟動(dòng)細(xì)節(jié)

軟啟動(dòng)過程內(nèi)部采用數(shù)字方式生成，由64個(gè)離散步驟組成，每64個(gè)開關(guān)周期遞增一次，使輸出電壓逐步上升到設(shè)定值。對(duì)于預(yù)充電輸出，ISL6549有特殊處理，可減少對(duì)輸出電壓的干擾。

6.3 欠壓保護(hù)

ISL6549能保護(hù)輸出免受欠壓事件影響，欠壓監(jiān)測在軟啟動(dòng)的前16步禁用。若檢測到欠壓事件，ISL6549將關(guān)閉兩個(gè)輸出，等待一個(gè)內(nèi)部軟啟動(dòng)周期后嘗試重新啟動(dòng)，直到故障條件消除或電路禁用。

6.4 開關(guān)波形

低電流板在輕載（約600mA）時(shí)的開關(guān)波形顯示，開關(guān)頻率為622kHz，占空比約為41%，與5V/12V的輸出輸入比匹配。死區(qū)時(shí)間小于20ns，較短的死區(qū)時(shí)間可提高開關(guān)效率。

6.5 占空比抖動(dòng)

開關(guān)轉(zhuǎn)換器中的占空比變化是自然現(xiàn)象，小幅度抖動(dòng)對(duì)電路性能影響不大，在某些應(yīng)用中，抖動(dòng)還可通過擴(kuò)展能量頻譜降低EMI輻射。

6.6 輸出紋波電壓

輸出紋波電壓與電感紋波電流和輸出電容的ESR乘積成正比。可通過增加輸出電感值或開關(guān)頻率來降低電感紋波，但可能會(huì)帶來其他不利影響，如更大的電感磁結(jié)構(gòu)或增加開關(guān)損耗。

6.7 輸出瞬態(tài)響應(yīng)

電路對(duì)負(fù)載階躍瞬變有相應(yīng)的響應(yīng)，在開關(guān)輸出(V{OUT1})和線性輸出(V{OUT2})上都有體現(xiàn)。

6.8 PWM轉(zhuǎn)換效率

轉(zhuǎn)換效率受輸出電壓、FET組合和開關(guān)頻率等因素影響。雙MOSFET配置在高電流時(shí)效率更高，單MOSFET配置在低電流時(shí)因驅(qū)動(dòng)功率損耗低和開關(guān)速度快而效率更好，但在高電流時(shí)效率下降更快。

6.9 啟動(dòng)刷新

當(dāng)PWM開關(guān)輸出長時(shí)間達(dá)到并維持100%占空比時(shí)，ISL6549會(huì)檢測到UGATE連續(xù)32個(gè)時(shí)鐘脈沖處于100%占空比，并強(qiáng)制一個(gè)完整的LGATE脈沖周期，以刷新BOOT電容的電荷。

七、板級(jí)修改

7.1 電源和跳線設(shè)置

跳線可方便用戶使用，但不是必需的。最多可使用3個(gè)電源，部分電源可共享，調(diào)節(jié)器的輸出也可作為另一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入。為避免重啟周期，建議最后啟動(dòng)(V_{CC 12})電源，若無法改變電源順序，可通過SW1將FS_DIS引腳拉低，直到所有輸入電源就緒。

7.2 不同輸入電壓下的降壓轉(zhuǎn)換

使用較低輸入電壓時(shí)，需注意最小輸入電壓與輸出電壓設(shè)置和PWM電路功率轉(zhuǎn)換效率有關(guān)，輸入RMS電流在占空比接近50%時(shí)達(dá)到峰值，還需密切關(guān)注板溫并根據(jù)熱情況增加輸出電流，降低輸入電壓會(huì)使調(diào)制器對(duì)反饋環(huán)路的增益貢獻(xiàn)減少，導(dǎo)致瞬態(tài)響應(yīng)變慢。

7.3 輸出電壓調(diào)整

可通過外部電阻分壓器調(diào)整輸出電壓，(V{OUT1})由R1和R4決定，(V{OUT2})由R5和R6決定。為避免輸入調(diào)節(jié)DC設(shè)定點(diǎn)下降，建議在DC反饋路徑中使用1%精度的電阻。

7.4 開關(guān)頻率調(diào)整

開關(guān)調(diào)節(jié)器的頻率可通過連接到GND的單個(gè)電阻（R7）設(shè)置，范圍為150kHz至1MHz。

7.5 替代FET選擇

評(píng)估板可支持四種不同的電流范圍，根據(jù)使用的MOSFET不同而有所變化。不同功率范圍對(duì)應(yīng)不同的FET配置，且所有FET焊盤并聯(lián)，一次只能使用一種配置。

ISL6549 EVAL1評(píng)估板為電源控制設(shè)計(jì)提供了豐富的功能和靈活性，電子工程師們可以根據(jù)具體需求進(jìn)行配置和調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)最佳的電源性能。大家在實(shí)際應(yīng)用中有沒有遇到過類似評(píng)估板的使用問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。