ISL9120IR：緊湊型高效低功耗降壓 - 升壓調(diào)節(jié)器的卓越之選

在電子設(shè)備的電源管理領(lǐng)域，一款性能出色的降壓 - 升壓調(diào)節(jié)器對(duì)于保障設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。今天，我們就來深入了解一下 RENESAS 的 ISL9120IR 降壓 - 升壓調(diào)節(jié)器，看看它究竟有哪些獨(dú)特之處。

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1. 產(chǎn)品概述

ISL9120IR 是一款高度集成的降壓 - 升壓開關(guān)調(diào)節(jié)器，它能夠接受高于或低于調(diào)節(jié)輸出電壓的輸入電壓。該調(diào)節(jié)器可在降壓和升壓模式之間自動(dòng)轉(zhuǎn)換，且不會(huì)對(duì)輸出造成顯著干擾。此外，它還具備自動(dòng)旁路功能，當(dāng)輸入電壓通常在輸出電壓的 1% - 2% 范圍內(nèi)時(shí)，VIN 和 VOUT 引腳之間會(huì)建立直接旁路連接。同時(shí)，通過 BYPS 引腳還能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制旁路功能。

2. 關(guān)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(yīng)多種不同的電源環(huán)境，無論是低電壓的電池供電設(shè)備，還是較高電壓的電源適配器供電設(shè)備，都能穩(wěn)定工作。

2.2 高效節(jié)能

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

2.3 自動(dòng)模式轉(zhuǎn)換

可在降壓和升壓模式之間自動(dòng)無縫轉(zhuǎn)換，確保在輸入電壓和負(fù)載變化時(shí)，輸出電壓始終保持穩(wěn)定。同時(shí)，自動(dòng)旁路模式功能進(jìn)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(dá) 800mA 的輸出電流（ (V{IN}=2.5V)，(V{OUT}=3.3V) ），滿足大多數(shù)中小功率設(shè)備的供電需求。

2.5 全面保護(hù)功能

具備過溫保護(hù)和欠壓保護(hù)功能，當(dāng)芯片溫度達(dá)到 +150°C（典型值）時(shí)，調(diào)節(jié)器會(huì)自動(dòng)關(guān)閉；當(dāng)溫度降至 +115°C（典型值）時(shí)，設(shè)備將恢復(fù)正常運(yùn)行。欠壓鎖定（UVLO）功能可防止在電源電壓過低時(shí)出現(xiàn)異常操作。

2.6 小封裝設(shè)計(jì)

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(duì)空間要求較高的應(yīng)用場(chǎng)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(guān) D 持續(xù)閉合，開關(guān) C 持續(xù)斷開，開關(guān) A 和 B 以不連續(xù)模式工作。在升壓模式的 PFM 操作期間，ISL9120IR 閉合開關(guān) A 和 C 以增加電感中的電流，當(dāng)電感電流達(dá)到電流限制時(shí)，關(guān)閉開關(guān) A 和 C，然后打開開關(guān) 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(gè)輸出電流范圍內(nèi)優(yōu)化效率，ISL9120IR 實(shí)現(xiàn)了一種多級(jí)電流限制方案，在 350mA 至 2A 之間有 32 個(gè)級(jí)別。電流限制的切換根據(jù) PFM 脈沖的數(shù)量來決定，當(dāng)脈沖計(jì)數(shù)達(dá)到當(dāng)前電流限制的上限閾值時(shí)，電流限制將切換到下一個(gè)更高的級(jí)別；反之則切換到下一個(gè)更低的級(jí)別。

4.3 自動(dòng)旁路模式操作

當(dāng)輸出電壓接近輸入電壓（通常在 1% - 2% 范圍內(nèi)）時(shí)，ISL9120IR 將進(jìn)入自動(dòng)旁路模式，實(shí)現(xiàn) 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(qiáng)制旁路模式操作

強(qiáng)制旁路模式適用于對(duì)輸出調(diào)節(jié)要求不高，但對(duì)設(shè)備靜態(tài)電流消耗要求嚴(yán)格的應(yīng)用場(chǎng)景。例如，當(dāng)降壓 - 升壓調(diào)節(jié)器為 LDO 供電，而 LDO 處于待機(jī)模式且輸出電流接近零時(shí)，將降壓 - 升壓調(diào)節(jié)器置于旁路模式可節(jié)省 41μA 的靜態(tài)電流消耗。但需要注意的是，旁路模式?jīng)]有過流保護(hù)，因此在使用時(shí)要避免過載或短路，并且不建議在旁路模式下啟動(dòng)。

5. 應(yīng)用領(lǐng)域

由于其出色的性能和小尺寸封裝，ISL9120IR 非常適合以下應(yīng)用：

• 智能手機(jī)和平板電腦：為設(shè)備的各個(gè)模塊提供穩(wěn)定的電源，滿足其對(duì)高效、小尺寸電源解決方案的需求。
• 便攜式消費(fèi)和可穿戴設(shè)備：低功耗特性延長(zhǎng)了設(shè)備的電池續(xù)航時(shí)間，小封裝設(shè)計(jì)則滿足了設(shè)備小型化的要求。

6. 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

6.1 元件選擇

• 電感：應(yīng)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(yīng)用中，可以使用環(huán)形或屏蔽電感。
• 電容：輸入和輸出電容應(yīng)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(yīng)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(duì)于 ISL9120IR 的正常運(yùn)行至關(guān)重要。輸入和輸出電容應(yīng)盡可能靠近 IC 放置，輸入和輸出電容的接地連接應(yīng)盡量短，并位于元件層，以避免高開關(guān)電流流經(jīng) PCB 過孔引起的問題。

7. 總結(jié)

ISL9120IR 作為一款高性能的降壓 - 升壓調(diào)節(jié)器，憑借其寬輸入電壓范圍、高效節(jié)能、自動(dòng)模式轉(zhuǎn)換、全面保護(hù)功能以及小封裝設(shè)計(jì)等優(yōu)勢(shì)，為電子設(shè)備的電源管理提供了優(yōu)秀的解決方案。無論是在智能手機(jī)、平板電腦等便攜式設(shè)備，還是在其他對(duì)電源性能和尺寸有要求的應(yīng)用中，ISL9120IR 都能展現(xiàn)出卓越的性能。電子工程師們?cè)谠O(shè)計(jì)電源電路時(shí)，不妨考慮一下這款出色的調(diào)節(jié)器，相信它會(huì)給你的設(shè)計(jì)帶來意想不到的效果。你在使用降壓 - 升壓調(diào)節(jié)器時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。