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

在電子設(shè)計領(lǐng)域，雙開關(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 評估板，它基于 ISL6539 芯片，為雙開關(guān)穩(wěn)壓器設(shè)計提供了一個全面且靈活的平臺。

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€獨(dú)立的開關(guān)穩(wěn)壓器提供完整的解決方案。它可以配置為雙開關(guān)穩(wěn)壓器或 DDR 穩(wěn)壓器，本文將重點(diǎn)關(guān)注其作為雙開關(guān)穩(wěn)壓器的應(yīng)用。

作為雙穩(wěn)壓器，ISL6539 為兩個獨(dú)立的電源軌提供控制和保護(hù)。兩個穩(wěn)壓器的開關(guān)頻率固定在 300kHz，并且兩個通道可以進(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，兩個通道都提供了 PGOOD 信號，方便工程師進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測。

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

快速啟動評估

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

推薦測試設(shè)備

為了全面測試 ISL6539 的功能，推薦使用以下設(shè)備：

• 兩個實(shí)驗(yàn)室電源
• 兩個電子負(fù)載
• 帶有探頭的四通道示波器
• 精密數(shù)字萬用表

電路設(shè)置

跳線設(shè)置

連接負(fù)載

兩個穩(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)壓器吸收電流時測試該通道，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)壓器吸收電流時測試該通道，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，則只需在一個輸入電壓接口上施加電壓。需要注意的是，可以使用一個 5V 電源同時為所有三個軌供電。

操作步驟

啟用穩(wěn)壓器

可以通過簡單地短路跳線 J5 和 J6 分別啟用通道 1 和通道 2?；蛘?，在跳線保持打開的情況下，可以使用外部信號發(fā)生器通過 EN1 接口（J11）或 EN2 接口（J12）啟用任一通道。

施加電源

必須在打開或啟用 VCC 電源之前打開或啟用 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。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。可以通過使用電子負(fù)載來加載輸出，當(dāng)然，其他方法也同樣可行。

評估板設(shè)計

總體設(shè)計

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

評估板性能

• 上電：當(dāng) VCC 電壓超過 POR 電平，ISL6539 將開始軟啟動程序。圖 2 顯示了兩個穩(wěn)壓軌從 POR 開始的啟動情況。
• 輸出紋波：圖 4 顯示了兩個穩(wěn)壓器輸出的紋波，說明了兩個穩(wěn)壓器之間的 180° 相移。
• 瞬態(tài)性能：圖 5 顯示了每個穩(wěn)壓器在受到單獨(dú)的瞬態(tài)負(fù)載應(yīng)力時的響應(yīng)。
• 效率：圖 6 顯示了各個穩(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量的，ISL6539 的功耗不包括在效率曲線中。

評估板定制

設(shè)計師可以根據(jù)不同的需求對 ISL6539EVAL2 評估板進(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，評估板出廠時配備了兩個 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，評估板每個穩(wěn)壓器的輸出配備了一個 220μF 電容，VOUT1 穩(wěn)壓器有兩個空位 C12 和 C13，VOUT2 穩(wěn)壓器有兩個空位 C14 和 C15。
• 通過 OCSET 電阻 R10 和 R11 分別編程 VOUT1 和 VOUT2 穩(wěn)壓器的過流跳閘點(diǎn)，具體細(xì)節(jié)可參考 ISL6539 數(shù)據(jù)手冊。
• 改變 C18 和 C19 的值將改變軟啟動期間輸出的上升時間，具體細(xì)節(jié)可參考 ISL6539 數(shù)據(jù)手冊。
• 通過更換 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，同時也需要重新評估過流電阻值 R10 和 R11，具體計算方法可參考 ISL6539 數(shù)據(jù)手冊。
• 通過改變電阻 R12 可以修改 (V_{OUT1}) 穩(wěn)壓器的輸出電壓，通過改變電阻 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。

總結(jié)

ISL6539EVAL2 是一個多功能的平臺，使設(shè)計師能夠全面了解 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)計師根據(jù)不同的需求進(jìn)行修改。文檔的后續(xù)頁面提供了原理圖、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 評估板的過程中遇到過哪些問題？或者你對雙開關(guān)穩(wěn)壓器的設(shè)計有什么獨(dú)特的見解？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和想法。