ISL8117ADEMO4Z 降壓 - 升壓演示板：設(shè)計(jì)與應(yīng)用解析

在電子工程領(lǐng)域，電源管理模塊的設(shè)計(jì)與應(yīng)用至關(guān)重要。今天，我們來(lái)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(cè)試以及在 PCB 布局方面的要點(diǎn)。

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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(dòng)和獨(dú)立使能功能，還集成了欠壓（UV）、過(guò)壓（OV）、過(guò)流（OC）和過(guò)溫（OT）保護(hù)功能。其電流模式控制架構(gòu)和內(nèi)部補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，有效減少了外圍元件數(shù)量。可編程開(kāi)關(guān)頻率范圍為 100kHz 至 2MHz，有助于優(yōu)化電感尺寸，強(qiáng)大的柵極驅(qū)動(dòng)器可為降壓輸出提供高達(dá) 30A 的電流。

1. 特性

• 緊湊設(shè)計(jì)：體積小巧，適合對(duì)空間要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。
• 寬輸入范圍：輸入電壓范圍為 6.5V 至 42V，能適應(yīng)多種電源環(huán)境。
• 可編程軟啟動(dòng)：可根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整啟動(dòng)過(guò)程，減少電流沖擊。
• 支持預(yù)偏置輸出：搭配 SR 軟啟動(dòng)，能更好地應(yīng)對(duì)復(fù)雜的電源啟動(dòng)情況。
• PGOOD 指示燈：方便用戶實(shí)時(shí)了解電源輸出狀態(tài)。
• 多重保護(hù)：具備 OCP、OVP、OTP、UVP 保護(hù)，提高了系統(tǒng)的可靠性。

2. 規(guī)格參數(shù)

3. 訂購(gòu)信息

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

二、測(cè)試

1. 推薦測(cè)試設(shè)備

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

2. 快速測(cè)試指南

1. 確保電路正確連接到電源和電子負(fù)載后再通電，參考正確的測(cè)試設(shè)置圖。
2. 打開(kāi)電源。
3. 將輸入電壓 (V_{IN}) 調(diào)整到指定范圍內(nèi)，觀察輸出電壓，輸出電壓變化應(yīng)在 5% 以內(nèi)。
4. 調(diào)整負(fù)載電流到指定范圍內(nèi)，觀察輸出電壓，輸出電壓變化同樣應(yīng)在 5% 以內(nèi)。
5. 使用示波器觀察輸出電壓紋波和相位節(jié)點(diǎn)振鈴，參考正確的探頭設(shè)置進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。

三、功能描述

1. 工作范圍

輸入電壓范圍為 6.5V 至 42V 時(shí)，輸出電壓為 12V。額定負(fù)載電流為 3A，過(guò)流保護(hù)（OCP）點(diǎn)在室溫環(huán)境下至少設(shè)置為 5A。ISL8117A 的溫度工作范圍為 - 40°C 至 +125°C，在高溫環(huán)境下需要?dú)饬魃?，例如?dāng) (V_{IN}=36V) 時(shí)，需要一個(gè) 12VDC 風(fēng)扇。

2. 其他輸出電壓評(píng)估

輸出預(yù)設(shè)為 12V，但可以進(jìn)行調(diào)整。輸出電壓編程電阻 (R{2}) 取決于調(diào)節(jié)器所需的輸出電壓和反饋電阻 (R{1}) 的值，計(jì)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(kāi)關(guān)頻率高，開(kāi)關(guān)時(shí)間短，即使最短的走線也會(huì)有顯著的阻抗。因此，在 PCB 布局時(shí)需要特別注意以下幾點(diǎn)：

• 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(qū)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(hào)元件和 IC 與功率電路分開(kāi)布局，建議在內(nèi)部層使用完整的接地平面，共享 SGND 和 PGND 以簡(jiǎn)化布局設(shè)計(jì)；否則，為功率接地和小信號(hào)接地使用單獨(dú)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(yīng)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(yīng)短而寬，IC 最好放置在安靜的接地區(qū)域，避免該區(qū)域出現(xiàn)開(kāi)關(guān)接地環(huán)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(qū)動(dòng)元件：將柵極驅(qū)動(dòng)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(yīng)盡可能靠近負(fù)載放置，使用短而寬的銅區(qū)域連接輸出電容和負(fù)載，以避免電感和電阻。
• 相位節(jié)點(diǎn)：使用銅填充多邊形或?qū)挾痰淖呔€連接 FET 和輸出電感的節(jié)點(diǎn)，保持 PHASE 節(jié)點(diǎn)到 IC 的連接短，不要不必要地增大 PHASE 節(jié)點(diǎn)的銅島尺寸，因?yàn)橄辔还?jié)點(diǎn)會(huì)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(huì)耦合開(kāi)關(guān)噪聲。
• 布線：將所有高速開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)離控制電路布線。
• 小信號(hào)接地：在 IC 附近創(chuàng)建一個(gè)單獨(dú)的小模擬接地平面，將 SGND 引腳連接到該平面，所有小信號(hào)接地路徑（包括反饋電阻、電流限制設(shè)置電阻、軟啟動(dòng)電容和 EN 下拉電阻）都應(yīng)連接到該 SGND 平面。
• 電流傳感：將電流傳感走線與 PHASE 節(jié)點(diǎn)連接分開(kāi)。
• 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(guò)孔陣列和銅來(lái)提高 PCB 的散熱能力。

2. 相關(guān)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(duì)于實(shí)際的 PCB 設(shè)計(jì)和制作非常有幫助。

五、典型評(píng)估板性能曲線

文檔給出了一系列典型的評(píng)估板性能曲線，包括效率、負(fù)載調(diào)節(jié)、啟動(dòng)波形、關(guān)機(jī)波形、負(fù)載瞬態(tài)、輸出紋波、門控信號(hào)以及 PH 和 PH2 波形等。這些曲線在 (V{IN}=24V)、(V{OUT}=12V)（除非另有說(shuō)明）的條件下測(cè)量，為工程師評(píng)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(duì)原理圖和物料清單中元件參數(shù)的修改。這提醒我們?cè)谑褂梦臋n時(shí)要注意版本信息，確保使用的是最新的設(shè)計(jì)和參數(shù)。

總之，ISL8117ADEMO4Z 降壓 - 升壓演示板是一款功能強(qiáng)大、設(shè)計(jì)緊湊的電源管理模塊。通過(guò)合理的測(cè)試和精心的 PCB 布局，我們可以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類似電源模塊的布局和測(cè)試問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。