ISL6308AEVAL1Z：三相降壓轉換器評估板的深度解析

在現代電力系統的眾多領域，如DDR/芯片組核心電壓調節器、高電流低壓DC/DC轉換器、FPGA/ASIC DC/DC轉換器等，對電源管理IC制造商提出了越來越高的要求。ISL6308A作為一款集成高電流MOSFET驅動器的三相PWM控制IC，為這些應用提供了節省空間和成本的解決方案。而ISL6308AEVAL1Z評估板則是對ISL6308A進行快速評估的理想工具。

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1. ISL6308A芯片特點

1.1 集成設計

ISL6308A將5V - 12V高電流MOSFET驅動器集成到控制器IC中，與以往多相產品系列的獨立PWM控制器和驅動器配置不同。這種集成減少了外部部件數量，實現了成本和空間的節省。

1.2 輸出電壓編程

輸出電壓可以使用片上DAC或外部精密參考進行編程。通過2位代碼可將DAC參考設置為4個可能值（0.6V、0.9V、1.2V和1.5V）之一。同時，提供單位增益差分放大器用于遠程電壓感應，補償遠程和本地接地之間的電位差，還可通過單個外部電阻對輸出電壓進行偏移。

1.3 獨特的電流傳感方式

采用DCR和rDS(ON)電流傳感相結合的方式。通過連續電感DCR電流傳感實現負載線電壓定位和過流保護，而rDS(ON)電流傳感用于精確的通道電流平衡，充分利用了兩種技術的優勢。

1.4 保護功能

具備一套復雜的過壓和過流保護功能。過壓時，轉換器會打開下MOSFET以鉗位上升的輸出電壓，保護負載，并提供OVP輸出驅動可選的撬棒裝置。過流保護水平通過單個外部電阻設置，還具備對遠程傳感輸入開路的保護功能。

2. ISL6308AEVAL1Z評估板設計

2.1 基本配置

評估套件包括ISL6308AEVAL1Z評估板、ISL6308A數據手冊和本應用筆記。評估板針對無下垂的三相操作進行了優化，標稱輸出電壓為1.5V（DIP開關U2設置為11位置），最大輸出電流為90A。

2.2 功能特點

• 測試點和DIP開關：提供方便的測試點，以及用于DAC（REF）電壓選擇的DIP開關，可從4個可能值（0.6V、0.9V、1.2V和1.5V）中選擇。
• 輸出電壓調整：設有電阻分壓器的占位符，可將輸出電壓調整至最高2.3V。
• 瞬態負載發生器：板載瞬態負載發生器，便于評估過程。
• 狀態指示：板載LED用于指示PGOOD信號的狀態。

2.3 電路板設計

印刷電路板采用6層、2盎司銅設計，文檔末尾提供了布局圖和零件清單。

3. 快速啟動評估

3.1 準備工作

在對評估板進行任何操作之前，確保“Enable”開關（S1）處于禁用位置，“Transient Load Generator”開關（S2）處于負載關閉位置。

3.2 電源連接

• 連接一個12V、15A的實驗室電源到J7和J8之間，為VIN和PVCC供電。
• 連接一個5V、1A的實驗室電源到J23和GND之間，為VCC偏置（如果板配置為5V PVCC，也為PVCC偏置）。

3.3 REF設置

將“REF Selection” DIP開關（U2）設置為11，對應DAC = REF = 1.5V。

3.4 負載連接

在VOUT端子（J1、J2）和GND端子（J3、J4）之間連接負載（電阻性或電子負載）。

3.5 啟動調節

將“Enable”開關（S1）移動到啟用位置，釋放IC ENLL引腳，開始調節。此時，ISL6308AEVAL1Z應調節輸出電壓至REF電壓，“PGOOD Indicator” LED（D1）應變為綠色，表示調節器正常工作。

4. 評估板特性

4.1 輸入電源連接

ISL6308AEVAL1Z允許使用標準實驗室電源為板供電，提供兩個香蕉插孔用于連接電源。連接+5V端子到P23，+12V端子到J7，公共接地到J8。供電時不需要電壓排序。

4.2 輸出電源連接

輸出可以使用電阻性或電子負載進行測試，銅合金端子用于負載連接。將正負載連接到VOUT（J1和J2），負負載連接到接地（J3和J4），屏蔽示波器探頭測試點J5可用于檢查輸出電壓VOUT。

4.3 REF和VOUT設置

REF DIP開關預設為11（1.5V），也可通過不同代碼選擇1.2V、0.9V和0.6V輸出。如果需要不同的輸出電壓，可使用由R90和R81組成的輸出電阻分壓器。

4.4 PVCC電源選項

ISL6308A的集成驅動器具有可變柵極驅動偏置，柵極驅動電壓可在+5V到+12V之間選擇，通過將所需電壓連接到控制器的PVCC引腳即可。評估板支持多種PVCC電壓選項，通過填充或移除某些電阻來切換不同電壓。

4.5 啟用控制器

要啟用控制器，需為板供電，設置REF（DAC）代碼，設置PVCC和VCC電壓。完成這些步驟后，將“ENABLE”開關（S1）切換到啟用位置，控制器將開始數字軟啟動序列，輸出電壓升至編程設置，PGOOD指示燈從紅色變為綠色。

4.6 板載負載瞬態發生器

大多數臺式電子負載無法產生模擬現代負載所需的電流變化率，因此評估板提供了離散瞬態負載發生器。該發生器產生持續550μs、周期為70ms的負載脈沖，脈沖幅度約為30A，上升和下降變化率約為50A/μs。如果DAC代碼改變，需調整瞬態發生器的動態特性。

4.7 電感DCR靜態電流檢測點

ISL6308AEVAL1Z的一個獨特功能是能夠通過萬用表測量每個通道電感DCR上的電壓降。通過在每個電感上并聯一個電容和電阻串聯電路來實現，該電路時間常數很大，只能用于測量靜態電流。

5. 評估板設計修改

5.1 電流平衡電阻

ISL6308A使用下MOSFET rDS(ON)電流傳感來測量每個通道的電流并進行平衡。如果更換了下MOSFET，應相應更改電流平衡電阻R18 - R20，以調整rDS(ON)的變化。

5.2 負載線（下垂）調節

ISL6308A具有可選的下垂功能，評估板設計針對無下垂情況進行了優化。選擇下垂選項時，需重新計算補償網絡以實現最佳環路響應和穩定性。

5.3 過流保護水平

ISL6308A使用單個電阻設置IC過流保護電路的最大電流水平，可參考數據手冊中的“Overcurrent Protection”部分，調整電阻R11以設置所需的過流跳閘水平。

5.4 輸出電壓偏移

ISL6308A允許設計者精確地對輸出電壓進行正負偏移，只需在OFS和VCC引腳之間或OFS引腳和GND之間連接一個電阻。評估板上提供了這兩種電阻選項。

5.5 開關頻率

評估板的開關頻率設置為325kHz，可在80kHz到1.5MHz之間調整。選擇開關頻率時需考慮效率和柵極驅動損耗等因素，可參考數據手冊中的“Switching Frequency”部分，調整頻率設置電阻R13。

5.6 MOSFET柵極驅動電壓（PVCC）

集成驅動器的柵極驅動偏置電壓可在+5V到+12V之間選擇，通過將所需電壓連接到IC的PVCC引腳設置。

5.7 活動相數

ISL6308A支持1相、2相或3相操作，評估板可通過填充或移除幾個電阻R62 - R65來改變活動相數。

6. ISL6308A性能

6.1 軟啟動間隔

典型的啟動波形顯示，在軟啟動間隔開始前，VCC和PVCC高于POR，DAC輸入設置為邏輯11。將ENABLE開關切換到啟用位置后，ENLL引腳電壓上升，開始軟啟動序列。經過0.85ms的延遲后，VOUT開始線性上升至DAC電壓，輸入電流ICC12也緩慢上升。當VOUT達到DAC設定點時，PGOOD引腳內部下拉釋放，PGOOD LED指示燈從紅色變為綠色。

6.2 瞬態響應

評估板設計為無下垂，最大輸出負載電流為90A。負載階躍約為30A，瞬態期間輸出電壓變化保持在100mV峰 - 峰值以下。負載階躍的上升和下降邊緣最大變化率約為50A/μs。

6.3 過流保護

當發生過流事件時，ISL6308A會停止所有調節并保護負載。通過連續監測總輸出電流并與OCSET電阻R11設置的過流跳閘水平進行比較，若輸出電流超過跳閘水平，立即關閉上下MOSFET，VOUT降至0V。控制器保持UGATE和LGATE信號在該狀態4096個開關周期，然后重新初始化軟啟動周期。

6.4 預POR過壓保護

在PVCC和VCC超過POR水平之前，ISL6308A通過內部10kΩ電阻將PHASE連接到LGATE，打開下MOSFET以控制輸出電壓，保護負載免受可能的過壓事件影響。

6.5 過壓保護

在正常操作期間，ISL6308A持續監測輸出電壓。若輸出電壓超過特定限制，控制器命令LGATE信號為高，打開下MOSFET以保持輸出電壓低于可能損壞負載的水平。

6.6 效率

在VOUT = 1.5V和1.8V時，分別測量了PVCC = 5V和12V時評估板從0A到90A負載的效率。效率在不同負載電流下有不同的峰值，較強的氣流可提高整個負載范圍內的效率，保持組件涼爽，提高可靠性和組件壽命。

7. 輸出電壓調整

輸出電壓可通過改變內部DAC的2位輸入（REF1，REF0）進行調整。偏移引腳（OFS）允許對輸出電壓進行小范圍（小于100mV）的正負偏移。若需要超出內部DAC正常范圍的輸出電壓，可使用從負載輸出端子連接到VSEN引腳的單獨電阻分壓器，并根據相關公式計算電阻值。

ISL6308AEVAL1Z評估板為工程師提供了一個全面的平臺，用于評估ISL6308A芯片的性能和功能。通過合理使用評估板的各項特性和進行必要的設計修改，工程師可以更好地滿足不同應用的需求。大家在實際使用過程中，是否也遇到過類似的電源管理設計挑戰呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。