探索 Coreless Transformer Isolated High Side Switch 評(píng)估板

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，評(píng)估板是驗(yàn)證和測(cè)試新器件性能的重要工具。今天我們來深入了解一下 Infineon Technologies 推出的 EVAL 2x8 - ISO1H816G 評(píng)估板，它是一款 2 x 8 通道、1.2A 的隔離式數(shù)字輸出評(píng)估板，旨在展示 ISO1H816G 器件的性能。

文件下載：EVALISO1H816GTOBO1.iso

一、評(píng)估板概述

應(yīng)用場(chǎng)景

該評(píng)估板提供了一個(gè)隔離的 2 x 8 通道、1.2A 數(shù)字輸出，可直接驅(qū)動(dòng)電阻性、電容性或電感性負(fù)載。輸入可以通過向連接器 K3 施加 3.3V/5V CMOS 兼容信號(hào)來驅(qū)動(dòng)，工作在微控制器模式下，使用片選和 SCLK 信號(hào)。輸出由 2 組 8 通道高側(cè)開關(guān)組成，額定電流為 1.2A，并且每個(gè)通道都有過溫保護(hù)開關(guān)。

ISO1H816G 器件特性

ISO1H816G 是一款采用 P - DSO - 36 封裝的電流隔離 8 位數(shù)據(jù)接口，提供 8 個(gè)完全受保護(hù)的高側(cè)功率開關(guān)，能夠處理高達(dá) 1.2A 的電流。它具有與 SPI 微控制器（μC）兼容的接口，允許直接連接到 μC 系統(tǒng)，輸入接口設(shè)計(jì)為可在 3.3V/5V CMOS 兼容電平下工作。數(shù)據(jù)從輸入到輸出的傳輸通過集成的無芯變壓器技術(shù)實(shí)現(xiàn)。該器件還包含 8 個(gè)高側(cè)功率開關(guān)，通過集成的串行接口進(jìn)行控制，接口與 8 位 μC 兼容。此外，ISO1H816G 可以替代傳統(tǒng) I/O 應(yīng)用中的光耦合器和 8 個(gè)高側(cè)開關(guān)，因?yàn)槠渫ㄟ^集成的無芯變壓器技術(shù)實(shí)現(xiàn)了電流隔離。每個(gè)高側(cè)功率開關(guān)都受到保護(hù)，可防止短路到 Vbb、過載、過溫和過壓。

二、評(píng)估板特性參數(shù)

三、功能描述

電源供應(yīng)

評(píng)估板包含 2 個(gè)相互獨(dú)立的電流隔離電壓域。輸入接口由 K3 的引腳 1 和 14 供電，跳線 K4 可選擇直接從 K3 引腳 1 以 3.3V/5V VCC 供電（跳線 1 - 2），或使用板載 5V 穩(wěn)壓器供電（跳線 2 - 3）。輸出級(jí)由 K2 的引腳 1 和 10 以 Vbb 電壓供電。不同的電壓域可以在不同時(shí)間開啟，只有當(dāng)輸入級(jí)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，輸出級(jí)才會(huì)啟用。

串行接口

ISO1H816G 包含一個(gè)可由微控制器輸出端口直接控制的串行接口。

• CS（片選）：系統(tǒng)微控制器通過 CS 引腳選擇 ISO1H816G。當(dāng)引腳處于邏輯低電平時(shí)，數(shù)據(jù)可以從 μC 傳輸。CS 從高到低的轉(zhuǎn)換會(huì)使串行輸入數(shù)據(jù)開始時(shí)鐘輸入，SO 從高阻抗?fàn)顟B(tài)變?yōu)榕c SO 位狀態(tài)對(duì)應(yīng)的邏輯高或低狀態(tài)；CS 從低到高的轉(zhuǎn)換會(huì)將 SI 位從移位寄存器傳輸?shù)捷敵鼍彌_區(qū)（如果時(shí)鐘信號(hào)的數(shù)量是 8 的整數(shù)倍），并且 SO 從 SO 位狀態(tài)變?yōu)楦咦杩範(fàn)顟B(tài)。為避免錯(cuò)誤時(shí)鐘，在 CS 從高到低轉(zhuǎn)換期間，串行輸入引腳 SCLK 應(yīng)處于邏輯高電平。當(dāng) CS 處于邏輯高電平時(shí)，SCLK 和 SI 引腳上的任何信號(hào)都將被忽略，SO 被強(qiáng)制進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)。
• SCLK（串行時(shí)鐘）：系統(tǒng)時(shí)鐘引腳為 ISO1H816G 的內(nèi)部移位寄存器提供時(shí)鐘。串行輸入（SI）在 SCLK 的上升沿將數(shù)據(jù)接收到輸入移位寄存器中，而串行輸出（SO）在串行時(shí)鐘的下降沿將輸出信息從移位寄存器中移出。在片選 /CS 進(jìn)行任何轉(zhuǎn)換時(shí)，SCLK 引腳必須處于邏輯高電平。在片選周期內(nèi)，時(shí)鐘脈沖的數(shù)量將被計(jì)數(shù)，只有當(dāng)在 CS 有效期間計(jì)數(shù)到的時(shí)鐘脈沖數(shù)量恰好是 8 的整數(shù)倍時(shí)，接收到的數(shù)據(jù)才會(huì)被接受。
• SI（串行輸入）：串行數(shù)據(jù)位從該引腳移入，最高有效位先輸入。SI 信息在 SCLK 的上升沿被讀取，輸入數(shù)據(jù)被鎖存到移位寄存器中，然后傳輸?shù)捷敵黾?jí)的控制緩沖區(qū)。
• SO（串行輸出）：SO 在 CS 引腳變?yōu)檫壿嫷碗娖街疤幱诟咦杩範(fàn)顟B(tài)。內(nèi)部移位寄存器的數(shù)據(jù)從該引腳串行移出，最高有效位最先出現(xiàn)，后續(xù)位在 SCLK 的下降沿依次出現(xiàn)。

菊花鏈配置

將不同的 IC 和一個(gè) μC 連接成菊花鏈配置時(shí)，只需要 μC 的一個(gè) SPI 接口來連接兩個(gè)或更多的 IC。所有 IC 共享 SPI 主設(shè)備的相同時(shí)鐘和片選端口，即所有 IC 同時(shí)被激活和尋址。μC 的數(shù)據(jù)連接到線路中第一個(gè) IC 的 SI，每個(gè) IC 的 SO 連接到下一個(gè) IC 的 SI。

輸出級(jí)

每個(gè)通道包含一個(gè)高側(cè)垂直功率 FET，具有嵌入式保護(hù)功能。每個(gè)通道的連續(xù)電流為 1.2A（所有通道開啟）。每個(gè)輸出由一個(gè)輸出鎖存器和一個(gè)公共復(fù)位線通過引腳 /DIS 獨(dú)立控制，/DIS 可禁用所有八個(gè)輸出并復(fù)位鎖存器。邏輯高輸入數(shù)據(jù)位將相應(yīng)的輸出通道開啟，邏輯低數(shù)據(jù)位將其關(guān)閉。

功率晶體管保護(hù)

• 過壓保護(hù)：八個(gè)輸出級(jí)中的每一個(gè)都有自己的齊納鉗位，當(dāng)電感性負(fù)載關(guān)閉時(shí)，會(huì)在功率晶體管處產(chǎn)生電壓限制，VON 被鉗位到 47V（最小值）。
• 過流保護(hù)：輸出具有電流限制功能，在初始峰值電流超過后進(jìn)入重復(fù)開關(guān)模式。初始峰值短路電流限制 (I{L(SCp)}) 在 (T{j}=125^{circ}C) 時(shí)設(shè)置為最小值 1.4A。在重復(fù)模式下，短路電流限制 (I{L(SCr)}) 設(shè)置為 2.2A（典型值）。如果此操作導(dǎo)致過溫情況，第二個(gè)保護(hù)級(jí)別（(T{j}>135^{circ}C)）將使輸出進(jìn)入低脈寬調(diào)制占空比（選擇性熱關(guān)斷并重啟），以防止芯片溫度過高。

通用診斷輸出

通道的過溫檢測(cè)信息在通用診斷輸出塊中進(jìn)行或運(yùn)算，信息通過集成的無芯變壓器傳輸?shù)捷斎虢涌?。引腳 DIAG 處的輸出級(jí)具有開漏功能并結(jié)合了電流源，紅色 LED D20 和 D21 顯示 DIAG 輸出的當(dāng)前狀態(tài)。當(dāng) LED 亮起時(shí)，表示其中一個(gè)通道過溫或 VBB 電源低于工作范圍。

四、連接器

評(píng)估板上有多個(gè)連接器，不同的連接器具有不同的功能：

• K1 和 K2：主要用于連接 VBB 電源和輸出通道，每個(gè)有 10 個(gè)引腳。
• K3：用于輸入信號(hào)，包括 VCC、片選、時(shí)鐘、串行輸入和輸出等信號(hào)，有 14 個(gè)引腳。
• K4：是一個(gè)跳線連接器，用于選擇 VCC 的供電方式。

五、物料清單

評(píng)估板的物料清單包含了各種電容、電阻、二極管、LED、保險(xiǎn)絲、IC 和連接器等元件，例如 100nF、1uF、10uF 等不同容值的電容，10k、4.7k 等不同阻值的電阻，ISO1H816G 和 TLE4264 等 IC。

通過對(duì) EVAL 2x8 - ISO1H816G 評(píng)估板的詳細(xì)了解，我們可以看到它在數(shù)字輸出控制方面的強(qiáng)大功能和豐富的保護(hù)機(jī)制。對(duì)于電子工程師來說，在設(shè)計(jì)類似的數(shù)字輸出系統(tǒng)時(shí)，可以參考該評(píng)估板的設(shè)計(jì)思路和參數(shù)，從而更好地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。你在實(shí)際設(shè)計(jì)中有沒有遇到過類似的評(píng)估板應(yīng)用場(chǎng)景呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。