ISL8216MEVAL1Z評估板：功能與使用全解析

在電子電路的設(shè)計(jì)中，電源模塊的選擇與評估至關(guān)重要。今天我要和大家分享的是ISL8216MEVAL1Z評估板，它能為我們評估ISL8216M這款高電壓DC/DC模塊提供一個(gè)便捷的平臺。

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ISL8216M模塊概述

ISL8216M是一款簡單易用的高電壓DC/DC模塊，適用于服務(wù)器、48V電信/數(shù)據(jù)通信、12V/42V汽車和工業(yè)設(shè)備等領(lǐng)域。在設(shè)計(jì)一個(gè)完整的高電壓電源時(shí)，僅需幾個(gè)無源元件和一個(gè)(V_{OUT})設(shè)置電阻，使用起來非常方便。

評估板簡介

基本參數(shù)

ISL8216MEVAL1Z評估板的尺寸為76.2mmx76.2mm（3英寸x3英寸），采用四層FR4板，頂層和底層為2oz銅，兩個(gè)內(nèi)層為1oz銅。該板可作為4A參考設(shè)計(jì)，板上所有組件（包括焊點(diǎn)）均為無鉛材質(zhì)。

輸入輸出電壓

評估板的輸入電壓范圍為10V至80V，輸出電壓預(yù)設(shè)了5V、12V、20V、24V和30V五個(gè)選項(xiàng)。若需要2.5V至30V范圍內(nèi)的其他輸出電壓，可通過一個(gè)電阻進(jìn)行設(shè)置。

推薦設(shè)備

在對評估板進(jìn)行測試時(shí)，需要準(zhǔn)備以下設(shè)備：

• 10V至80V（或根據(jù)ISL8216M所需輸入電壓選擇其他額定電壓）的電源，源電流能力至少為2A。
• 能夠吸收高達(dá)4A電流的電子負(fù)載。
• 數(shù)字萬用表（DMMs）。
• 100MHz四通道示波器。

快速啟動步驟

1. 選擇輸出電壓：使用跳線JP1至JP5選擇5V、12V、20V、24V或30V的輸出電壓。
2. 連接電源和負(fù)載：將VIN（J1）和PGND（J2）端子連接到電源，將負(fù)載連接到VOUT（J4）和PGND（J3）端子。
3. 設(shè)置輸入電壓：將輸入電源設(shè)置為10V至80V之間的所需輸入電壓，注意輸入電壓必須高于所選的輸出電壓。
4. 開啟電源和負(fù)載：先啟用電源，然后再開啟負(fù)載，并將負(fù)載預(yù)設(shè)為0A。
5. 檢查輸出：將開關(guān)SW1撥到“ENABLE”位置，PGOOD指示燈LED應(yīng)亮起綠色，表示正常運(yùn)行。使用數(shù)字萬用表檢查輸出電壓。

電路詳細(xì)解析

輸出電壓選擇

評估板預(yù)設(shè)了5V、12V、20V、24V和30V的輸出電壓，可通過短路相應(yīng)的跳線輕松選擇。若需要2.5V至30V之間的其他輸出電壓，可根據(jù)公式(V{OUT }=left(1+frac{11.3 k Omega}{R{FB}}right) cdot 1.192 V)使用反饋電阻進(jìn)行設(shè)置。需要注意的是，輸出電壓的精度不僅取決于模塊的內(nèi)部參考電壓，還取決于反饋電阻的精度。為了獲得更高的整體輸出精度，建議選擇高精度電阻（如0.5%）。

開關(guān)頻率編程

ISL8216M的內(nèi)部固定開關(guān)頻率為300kHz。通過在(V{IN})和RTCT之間添加一個(gè)電阻，以及在RTCT和SGND之間添加一個(gè)電容，可將模塊的開關(guān)頻率在200kHz至600kHz之間進(jìn)行調(diào)整。評估板上提供了電阻（R5）和電容（C5）的占位符，方便用戶操作。此外，SYNC引腳可將ISL8216M的開關(guān)頻率同步到外部源。當(dāng)使用頻率同步時(shí)，(R{T} / C_{T})的時(shí)間常數(shù)必須設(shè)置得比同步信號的周期長。若不使用外部同步功能，應(yīng)將SYNC引腳連接到SGND。

可選外部啟用控制電路

模塊可以通過使用開漏器件或添加外部電路，由外部信號啟用。評估板上提供了可選的外部啟用電路，用戶可在R201、D201、R202、Q201和Q202的占位符上放置適當(dāng)?shù)慕M件。通過串聯(lián)電阻R201和齊納二極管D201，可從(V_{IN})產(chǎn)生約5.1V的偏置電壓。R202是一個(gè)典型值為100kΩ的上拉電阻，Q201和Q202是N-MOSFET。外部控制信號施加到TP14（EX_EN），當(dāng)EX_EN為邏輯低電平時(shí)，ENSS被拉到地以禁用模塊；當(dāng)EXEN為邏輯高電平時(shí)，ENSS被釋放以允許模塊的軟啟動功能。R201的選擇可根據(jù)公式(R 201=frac{V{I N}-V{Z}}{I{Z}})計(jì)算，其中(V{Z})是齊納二極管D201的工作電壓（標(biāo)稱值為5.1V），(I{Z})是齊納二極管D201的工作反向電流（典型值約為5mA）。在選擇R201時(shí)，還需考慮其功率耗散額定值。

其他外部電路要求

可選PGOOD延遲電路

ISL8216M有一個(gè)PGOOD比較器，用于監(jiān)測FB引腳的電壓。當(dāng)FB引腳電壓在參考電壓的14%范圍內(nèi)時(shí)，PGOOD被置位（開漏）；在禁用、過流保護(hù)事件或過溫事件時(shí)，PGOOD被復(fù)位。如果滿足(V{OUT})高于12V、使用PGOOD信號、模塊自啟用/禁用這三個(gè)條件，則需要一個(gè)PGOOD延遲電路和一個(gè)1kΩ、1W額定值的假負(fù)載電阻。評估板上提供了PGOOD延遲電路（C2、R3和M1）和假負(fù)載電阻（R20）的占位符，其中C2為1μF，R3典型值為150kΩ，M1為N-MOSFET。在輸入電壓(V{IN})非單調(diào)的情況下，建議在電阻R3上并聯(lián)一個(gè)可選的肖特基二極管，以確保當(dāng)PVCC從0V開始上升時(shí)，電容器C2已完全放電。對于(V{OUT}>12V)且輕載的情況，如果在(V{IN})上升期間不使用可選的PGOOD延遲電路，由于自舉電容器未完全充電導(dǎo)致(V_{OUT})較低，PGOOD邏輯可能會出現(xiàn)故障。通過添加約250ms的延遲可以解決這個(gè)問題。

(V_{IN})和BOOT之間的電阻

如果滿足以下任何一個(gè)條件，建議在(V_{IN})和BOOT之間添加一個(gè)電阻：

• (V_{OUT})高于12V且不使用PGOOD信號。
• (V_{OUT})高于12V，使用PGOOD信號，且模塊由外部控制信號啟用/禁用。

評估板上為該電阻（R23）提供了占位符，建議該電阻的最小功率額定值為0.25W。當(dāng)安裝R23時(shí)，還需要一個(gè)額外的N-MOSFET與外部啟用電路一起使用，用于在外部控制信號為邏輯低電平時(shí)將(V{OUT})拉到地。否則，由于(V{IN})、R23、內(nèi)部自舉二極管、內(nèi)部自舉電容器和電感器到(V{OUT})電容器的泄漏，可能會在(V{OUT})電容器上產(chǎn)生殘余電壓。

輸出電容器

評估板上已安裝了6個(gè)22μF、額定電壓為35V的陶瓷電容器。此外，板上還提供了額外的占位符，用于評估低ESR鉭電容器、低ESR聚合物電容器和低ESR鋁電解電容器。建議總輸出電容最小為120μF且具有低ESR。

PCOMPX引腳配置

控制環(huán)路已在內(nèi)部進(jìn)行補(bǔ)償，以為各種類型的輸出電容器的應(yīng)用提供足夠的穩(wěn)定性裕度。對于全陶瓷輸出電容器，將PCOMPX引腳短接到VOUT，評估板上提供了一個(gè)0Ω電阻R1。對于鉭電容器、聚合物電容器或鋁電解電容器，將R1的電阻值改為低于1kΩ。總ESR越低，R1的值應(yīng)該越低。

輻射發(fā)射

ISL8216M已根據(jù)CISPR 22無線電干擾限值B類進(jìn)行了評估。在ISL8216MEVAL1Z評估板上安裝一個(gè)簡單的輸入濾波器進(jìn)行了輻射發(fā)射測試。文檔中給出了在典型工作條件下（24V(V{IN})到5V(V{OUT})、4A和24V(V{IN})到12V(V{OUT})、4A）相對于CISPR 22無線電干擾限值B類的輻射發(fā)射圖。

效率與輻射性能

效率性能

文檔中給出了不同輸出電壓（5V、12V、24V）下效率與負(fù)載電流的關(guān)系圖，通過這些圖表可以直觀地了解評估板在不同負(fù)載情況下的效率表現(xiàn)。

輻射發(fā)射性能

展示了在24V(V{IN})到5V(V{OUT})、4A和24V(V{IN})到12V(V{OUT})、4A兩種典型工作條件下的輻射發(fā)射圖，幫助工程師評估評估板的電磁兼容性。

總結(jié)

ISL8216MEVAL1Z評估板為ISL8216M模塊的評估提供了一個(gè)全面的平臺。通過了解評估板的各項(xiàng)功能和電路設(shè)計(jì)，工程師可以更好地將ISL8216M應(yīng)用到實(shí)際項(xiàng)目中。在使用過程中，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求選擇合適的輸出電壓、開關(guān)頻率和外部電路，同時(shí)注意各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)置和元件的選擇，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。大家在實(shí)際使用ISL8216MEVAL1Z評估板時(shí)，有沒有遇到過什么問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。