ISL9120IR：緊湊型高效低功耗降壓 - 升壓調節器的卓越之選

在電子設備的電源管理領域，一款性能出色的降壓 - 升壓調節器對于保障設備穩定運行至關重要。今天，我們就來深入了解一下 RENESAS 的 ISL9120IR 降壓 - 升壓調節器，看看它究竟有哪些獨特之處。

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1. 產品概述

ISL9120IR 是一款高度集成的降壓 - 升壓開關調節器，它能夠接受高于或低于調節輸出電壓的輸入電壓。該調節器可在降壓和升壓模式之間自動轉換，且不會對輸出造成顯著干擾。此外，它還具備自動旁路功能，當輸入電壓通常在輸出電壓的 1% - 2% 范圍內時，VIN 和 VOUT 引腳之間會建立直接旁路連接。同時，通過 BYPS 引腳還能實現強制旁路功能。

2. 關鍵特性

2.1 寬輸入電壓范圍

輸入電壓范圍為 1.8V 至 5.5V，這使得它能夠適應多種不同的電源環境，無論是低電壓的電池供電設備，還是較高電壓的電源適配器供電設備，都能穩定工作。

2.2 高效節能

采用自適應電流限制脈沖頻率調制（PFM）控制架構，能夠提供出色的效率，最高可達 98%。在輕載情況下，41μA 的靜態電流可最大限度地提高輕載效率。此外，在強制旁路模式下，整個工作溫度范圍內的電流消耗小于 3.5μA，有效降低了功耗。

2.3 自動模式轉換

可在降壓和升壓模式之間自動無縫轉換，確保在輸入電壓和負載變化時，輸出電壓始終保持穩定。同時，自動旁路模式功能進一步提高了效率，減少了輸出電壓紋波。

2.4 輸出電流能力

能夠提供高達 800mA 的輸出電流（ (V{IN}=2.5V)，(V{OUT}=3.3V) ），滿足大多數中小功率設備的供電需求。

2.5 全面保護功能

具備過溫保護和欠壓保護功能，當芯片溫度達到 +150°C（典型值）時，調節器會自動關閉；當溫度降至 +115°C（典型值）時，設備將恢復正常運行。欠壓鎖定（UVLO）功能可防止在電源電壓過低時出現異常操作。

2.6 小封裝設計

采用 3mmx3mm 12 Ld TQFN 封裝，大大減小了電源解決方案的尺寸，適合對空間要求較高的應用場景。

3. 引腳配置與功能

4. 工作模式

4.1 PFM 操作

在降壓模式的 PFM 操作期間，開關 D 持續閉合，開關 C 持續斷開，開關 A 和 B 以不連續模式工作。在升壓模式的 PFM 操作期間，ISL9120IR 閉合開關 A 和 C 以增加電感中的電流，當電感電流達到電流限制時，關閉開關 A 和 C，然后打開開關 B 和 D，隨著電感電流下降，輸出電壓升高。

4.2 可變峰值電流限制方案

為了在整個輸出電流范圍內優化效率，ISL9120IR 實現了一種多級電流限制方案，在 350mA 至 2A 之間有 32 個級別。電流限制的切換根據 PFM 脈沖的數量來決定，當脈沖計數達到當前電流限制的上限閾值時，電流限制將切換到下一個更高的級別；反之則切換到下一個更低的級別。

4.3 自動旁路模式操作

當輸出電壓接近輸入電壓（通常在 1% - 2% 范圍內）時，ISL9120IR 將進入自動旁路模式，實現 VIN 和 VOUT 引腳之間的直接連接，從而提供出色的效率和極低的輸出電壓紋波。

4.4 強制旁路模式操作

強制旁路模式適用于對輸出調節要求不高，但對設備靜態電流消耗要求嚴格的應用場景。例如，當降壓 - 升壓調節器為 LDO 供電，而 LDO 處于待機模式且輸出電流接近零時，將降壓 - 升壓調節器置于旁路模式可節省 41μA 的靜態電流消耗。但需要注意的是，旁路模式沒有過流保護，因此在使用時要避免過載或短路，并且不建議在旁路模式下啟動。

5. 應用領域

由于其出色的性能和小尺寸封裝，ISL9120IR 非常適合以下應用：

• 智能手機和平板電腦：為設備的各個模塊提供穩定的電源，滿足其對高效、小尺寸電源解決方案的需求。
• 便攜式消費和可穿戴設備：低功耗特性延長了設備的電池續航時間，小封裝設計則滿足了設備小型化的要求。

6. 設計要點

6.1 元件選擇

• 電感：應選擇具有高頻磁芯材料（如鐵氧體磁芯）的電感，以最小化磁芯損耗并提供良好的效率。推薦使用飽和電流額定值 ≥2A 的 1μH 電感，并選擇低 DCR 的電感以提高效率。在需要最小化輻射噪聲的應用中，可以使用環形或屏蔽電感。
• 電容：輸入和輸出電容應選用具有低 ESL 和 ESR 的陶瓷 X5R 類型。推薦的輸入電容值為 10μF，輸出電容值為 22μF 或 47μF，并需滿足相應的尺寸、溫度范圍和電壓額定值要求。

  6.2 PCB 布局

  正確的 PCB 布局對于 ISL9120IR 的正常運行至關重要。輸入和輸出電容應盡可能靠近 IC 放置，輸入和輸出電容的接地連接應盡量短，并位于元件層，以避免高開關電流流經 PCB 過孔引起的問題。

7. 總結

ISL9120IR 作為一款高性能的降壓 - 升壓調節器，憑借其寬輸入電壓范圍、高效節能、自動模式轉換、全面保護功能以及小封裝設計等優勢，為電子設備的電源管理提供了優秀的解決方案。無論是在智能手機、平板電腦等便攜式設備，還是在其他對電源性能和尺寸有要求的應用中，ISL9120IR 都能展現出卓越的性能。電子工程師們在設計電源電路時，不妨考慮一下這款出色的調節器，相信它會給你的設計帶來意想不到的效果。你在使用降壓 - 升壓調節器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。