ISL8117ADEMO4Z 降壓 - 升壓演示板：設計與應用解析

在電子工程領域，電源管理模塊的設計與應用至關重要。今天，我們來深入探討 RENESAS 的 ISL8117ADEMO4Z 降壓 - 升壓演示板，看看它有哪些特性、如何測試以及在 PCB 布局方面的要點。

文件下載：ISL8117ADEMO1Z.pdf

一、概述

ISL8117ADEMO4Z 演示板采用了 ISL8117A 控制器，這是一款 60V 高壓同步降壓控制器。它具備外部軟啟動和獨立使能功能，還集成了欠壓（UV）、過壓（OV）、過流（OC）和過溫（OT）保護功能。其電流模式控制架構和內部補償網絡，有效減少了外圍元件數量。可編程開關頻率范圍為 100kHz 至 2MHz，有助于優化電感尺寸，強大的柵極驅動器可為降壓輸出提供高達 30A 的電流。

1. 特性

• 緊湊設計：體積小巧，適合對空間要求較高的應用場景。
• 寬輸入范圍：輸入電壓范圍為 6.5V 至 42V，能適應多種電源環境。
• 可編程軟啟動：可根據實際需求調整啟動過程，減少電流沖擊。
• 支持預偏置輸出：搭配 SR 軟啟動，能更好地應對復雜的電源啟動情況。
• PGOOD 指示燈：方便用戶實時了解電源輸出狀態。
• 多重保護：具備 OCP、OVP、OTP、UVP 保護，提高了系統的可靠性。

2. 規格參數

3. 訂購信息

ISL8117ADEMO4Z 是一款高壓 PWM 升壓或降壓同步降壓 - 升壓轉換器。

二、測試

1. 推薦測試設備

• 電源：0V 至 42V 電源，源電流能力至少為 10A。
• 電子負載：能夠吸收高達 10A 的電流。
• 數字萬用表（DMMs）：用于測量電壓、電流等參數。
• 100MHz 四通道示波器：觀察波形和信號。

2. 快速測試指南

1. 確保電路正確連接到電源和電子負載后再通電，參考正確的測試設置圖。
2. 打開電源。
3. 將輸入電壓 (V_{IN}) 調整到指定范圍內，觀察輸出電壓，輸出電壓變化應在 5% 以內。
4. 調整負載電流到指定范圍內，觀察輸出電壓，輸出電壓變化同樣應在 5% 以內。
5. 使用示波器觀察輸出電壓紋波和相位節點振鈴，參考正確的探頭設置進行準確測量。

三、功能描述

1. 工作范圍

輸入電壓范圍為 6.5V 至 42V 時，輸出電壓為 12V。額定負載電流為 3A，過流保護（OCP）點在室溫環境下至少設置為 5A。ISL8117A 的溫度工作范圍為 - 40°C 至 +125°C，在高溫環境下需要氣流散熱，例如當 (V_{IN}=36V) 時，需要一個 12VDC 風扇。

2. 其他輸出電壓評估

輸出預設為 12V，但可以進行調整。輸出電壓編程電阻 (R{2}) 取決于調節器所需的輸出電壓和反饋電阻 (R{1}) 的值，計算公式為： [R{2}=R{1}left(frac{0.6 V}{V_{OUT }-0.6 V}right)]

四、PCB 布局指南

1. 布局考慮因素

由于 ISL8117A 開關頻率高，開關時間短，即使最短的走線也會有顯著的阻抗。因此，在 PCB 布局時需要特別注意以下幾點：

• 元件放置：先放置輸入電容、上 FET、下 FET、電感和輸出電容，將這些功率元件隔離在電路板的專用區域，使它們的接地端子相鄰。將輸入高頻去耦陶瓷電容靠近 MOSFET 放置。
• 接地處理：如果信號元件和 IC 與功率電路分開布局，建議在內部層使用完整的接地平面，共享 SGND 和 PGND 以簡化布局設計；否則，為功率接地和小信號接地使用單獨的接地平面，并在靠近 IC 的地方將 SGND 和 PGND 連接在一起，其他地方不要連接。
• 電流路徑：輸入電容到 FET 的回路應盡可能小，確保從輸入電容到 MOSFET、輸出電感和輸出電容的電流路徑盡可能短，并使用最大允許的走線寬度。
• IC 放置：將 PWM 控制器 IC 靠近下 FET 放置，LGATE 連接應短而寬，IC 最好放置在安靜的接地區域，避免該區域出現開關接地環路電流。
• 旁路電容：將 VCC5V 旁路電容靠近 IC 的 VCC5V 引腳放置，并將其接地連接到 PGND 平面。
• 柵極驅動元件：將柵極驅動元件（可選的 BOOT 二極管和 BOOT 電容）放置在控制器 IC 附近。
• 輸出電容：輸出電容應盡可能靠近負載放置，使用短而寬的銅區域連接輸出電容和負載，以避免電感和電阻。
• 相位節點：使用銅填充多邊形或寬而短的走線連接 FET 和輸出電感的節點，保持 PHASE 節點到 IC 的連接短，不要不必要地增大 PHASE 節點的銅島尺寸，因為相位節點會受到很高的 dv/dt 電壓，這些銅島與周圍電路形成的雜散電容會耦合開關噪聲。
• 布線：將所有高速開關節點遠離控制電路布線。
• 小信號接地：在 IC 附近創建一個單獨的小模擬接地平面，將 SGND 引腳連接到該平面，所有小信號接地路徑（包括反饋電阻、電流限制設置電阻、軟啟動電容和 EN 下拉電阻）都應連接到該 SGND 平面。
• 電流傳感：將電流傳感走線與 PHASE 節點連接分開。
• 反饋連接：確保反饋連接到輸出電容的路徑短而直接。
• 散熱：合理使用過孔陣列和銅來提高 PCB 的散熱能力。

2. 相關圖紙和物料清單

文檔中提供了 ISL8117ADEMO4Z 演示板的頂視圖、底視圖、原理圖、物料清單以及 PCB 各層的布局圖，這些信息對于實際的 PCB 設計和制作非常有幫助。

五、典型評估板性能曲線

文檔給出了一系列典型的評估板性能曲線，包括效率、負載調節、啟動波形、關機波形、負載瞬態、輸出紋波、門控信號以及 PH 和 PH2 波形等。這些曲線在 (V{IN}=24V)、(V{OUT}=12V)（除非另有說明）的條件下測量，為工程師評估該演示板的性能提供了直觀的參考。

六、修訂歷史

文檔記錄了該演示板的修訂歷史，包括對原理圖和物料清單中元件參數的修改。這提醒我們在使用文檔時要注意版本信息，確保使用的是最新的設計和參數。

總之，ISL8117ADEMO4Z 降壓 - 升壓演示板是一款功能強大、設計緊湊的電源管理模塊。通過合理的測試和精心的 PCB 布局，我們可以充分發揮其性能優勢，應用于各種電子設備中。大家在實際應用中是否遇到過類似電源模塊的布局和測試問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。