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2.7V至5.5V的高效降压式DC/DC调节器ISL8009A

2020-9-28 16:53:03  171 ISL8009A
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ISL8009A是一种高效、单片、同步的降压式DC/DC调节器,可提供高达1.5A的电压连续输出电流。它是为产生低输出电压降至0.8V。电源电压范围为2.7V至5.5V允许使用单个锂电池、三个镍氢电池或调节5V输入。ISL8009A使用当前模式控制在高负载下实现极低占空比运行的体系结构具有快速瞬态响应和优良环路的频率稳定。具有灵活的强制PWM工作方式选择低至17微安静态模式和自动PFM/PWM电流,实现光下高功率转换效率负载条件,从而最大限度地延长电池寿命。高1.6MHz脉冲宽度调制(PWM)开关频率允许使用小型外部组件。ISL8009A集成了一对低导通电阻P通道和N通道内部mosfet,以最大限度地提高效率和最小化外部组件计数。100%占空比在1.5A时,操作允许小于400mV的压降输出电流。ISL8009A在打开电源。定时器输出可以通过RSI复位。关机时,ISL8009A通过100Ω放电输出电容器电阻器。其他功能包括内部数字软启动、启用用于电源顺序、过电流保护和热保护关闭。ISL8009A采用2mmx3mm 8 Ld DFN封装最大高度1mm。整个转炉占地少超过1平方厘米的面积。
特征
高达95%的高效同步降压调节器效率
2ms重置定时器
2.7V至5.5V电源电压
超过温度/负载/线路3%的输出精度
1.5A保证输出电流
PFM模式下的17微安静态电源电流
可选的强制脉冲宽度调制模式和功率因数调制模式
逻辑控制关闭电流小于1微安
在1.5A时,最低辍学率的最大占空比为90%
内部电流模式补偿
内部数字软启动
峰值电流限制、短路保护
过热保护
启用
软放电禁用
小型8 Ld 2mmx3mm DFN
无铅(符合RoHS)
应用
DC/DC POL模块
μC/μP、FPGA和DSP电源
路由器和交换机的插入式DC/DC模块
便携式仪器
测试测量系统

笔记:
1.卷盘规格详见TB347。
2.这些Intersil无铅塑料包装产品采用特殊的无铅材料组、模塑料/模具连接材料和100%哑光
镀锡板加退火(e3端接处理,符合RoHS标准,与SnPb和无铅焊接操作兼容)。英特矽尔
无铅产品在无铅峰值回流焊温度下被归类为MSL,达到或超过IPC/JEDEC J STD-020的无铅要求。
3.有关湿度灵敏度水平(MSL),请参阅ISL8009A的设备信息页。有关MSL的更多信息,请参阅techbrief TB363
绝对最大额定值(参考GND)热信息
电源电压(车辆识别号)。-0.3伏至6.5伏
EN、RSI、SKIP、VFB、POR。-0.3V至车辆识别号+0.3V
LX。-1.5伏至6.5伏
心室颤动。-0.3伏至2.7伏
推荐操作条件
车辆识别号电源电压范围。2.7伏至5.5伏
负载电流范围。0A至1.5A
环境温度范围。-40°C至+85°C
热阻(典型值)θJA(摄氏度/瓦)θJC(摄氏度/瓦)
8 Ld 2x3 DFN(注4、5)。55 5.5分
结温范围。-55°C至+125°C
储存温度范围。-65°C至+150°C
无铅回流曲线。
注意:不要在列出的最大额定值下或附近长时间运行。暴露在这些条件下可能对产品产生不利影响
可靠性,导致不在保修范围内的故障。
笔记:
4.θJA是在自由空气中测量的,该部件安装在具有“直接连接”特性的高效热导率测试板上。见技术简要说明TB379。
5.对于θJC,“外壳温度”位置是包装底部外露金属垫的中心。
电气规格典型规格在以下条件下测量:TA=+25°C,EN=VIN,RSI=SKIP=0V,VIN=5V,L=2.2μH,C1=C2=20μF,IOUT=0A至1.5A。见第9页的“典型应用”。

电气规格典型规格在以下条件下测量:TA=+25°C,EN=VIN,RSI=SKIP=0V,VIN=5V,L=2.2μH,C1=C2=20μF,IOUT=0A至1.5A。见第9页的“典型应用”。

笔记:
6.由特性确定的限值,不进行生产测试。
7.除非另有规定,否则具有最小和/或最大限值的参数在+25°C下进行100%测试。通过表征确定的温度限值也不是生产测试。
管脚说明
车辆识别号
输入电源电压。将10μF陶瓷电容器连接至电源地面。
调节器启用销。驱动到高时启用输出。关闭芯片,并在驱动至低。别让这个别针漂浮着。
2ms定时器输出。在通电或EN-HI时,该输出为2ms延迟功率输出电压信号良好。这个输出可以通过低RSI信号复位。当RSI升高时,2ms开始。
模式选择引脚。连接到逻辑高电压或输入电压PFM模式;连接到逻辑低电平或接地以实现强制PWM模式。别让这个别针漂浮着。
切换节点连接。接电感器的一个端子

地面
系统接地。
心室颤动
降压调节器输出反馈。通过输出电压可调电阻分压器(ISL8009A-ADJ)。为了预设输出电压,将此引脚连接到输出。相对强弱此输入重置2ms计时器。当输出电压在在PGOOD窗口中,启动内部计时器并生成当RSI低时,POR信号在2ms后出现。高RSI重置POR和如果输出电压在窗口内,否则计数器复位由输出电压条件决定。
外露衬垫
裸露的衬垫必须连接到接地引脚上电气性能。外露衬垫也必须连接尽可能获得最佳的热性能。
典型工作性能(除非另有说明,否则工作条件为:TA=+25oC,VVIN=5V,EN=VIN,RSI=SKIP=0V,L=2.2mH,C1=20mF,C2=20mF,IOUT=0A)





操作理论
ISL8009A是一种降压开关稳压器,针对电池供电的手持应用。调节器工作在1.6MHz的固定开关频率下,在重载条件下允许使用小型外部电感和电容器最小印刷电路板(PCB)面积。轻载时调节器降低开关频率,除非强制固定频率以最小化开关损耗并最大化电池寿命。输出不为时的静态电流负载通常只有17微安。电源电流通常只有调节器关闭时为0.1微安。
PWM控制方案
ISL8009A采用当前模式脉冲宽度快速瞬态响应的调制(PWM)控制方案以及逐脉冲限流。图25显示了块图表。电流环由振荡器、PWM比较器组件、电流感应电路和斜率电流环稳定性补偿。电流感应电路由P沟道MOSFET的电阻组成,当它被打开,电流检测放大器CSA。收益电流感应电路通常为0.4V/A。控制电流回路参考来自误差放大器电压回路的EAMP。脉冲宽度调制操作由振荡器的时钟初始化。P沟道MOSFET在PWM开始时开启周期和电流在MOSFET开始上升。当电流放大器CSA和补偿斜率之和(0.675V/微秒)达到电流回路的控制基准脉冲宽度调制比较器组件向脉冲宽度调制逻辑发送信号关闭P-MOSFET并打开N沟道MOSFET。这个N-MOSFET一直持续到PWM周期结束。图26显示了在脉宽调制操作期间的典型工作波形。虚线表示补偿斜坡和电流检测放大器CSA输出。输出电压通过控制参考电压来调节电流回路的电压。带隙电路输出0.8V电压控制回路的参考电压。反馈信号来自VFB引脚。软启动块仅影响启动期间的操作,将另行讨论。误差放大器是一个跨导放大器,它可以转换电流输出的电压误差信号。电压回路是内部补偿30pF和300kΩRC网络。最大EAMP电压输出精确地固定在带隙电压(1.172V)。


一旦进入跳过模式,脉冲调制开始由图25所示的跳过比较器控制。每个脉冲周期仍然由脉冲宽度调制时钟同步。P-MOSFET在时钟上打开,当电流到达时关闭电流极限值的20%(CSA输出为0.2V)。作为每个周期的平均电感电流高于平均值负载电流,输出电压每循环上升一次。当输出电压达到1.5%以上时电压,P-MOSFET立即关闭,感应器电流完全放电到零并保持在零。输出由于负载电流放电,电压逐渐降低输出电容器。当输出电压降到额定值时电压,P-MOSFET将在时钟处再次开启,重复前面的操作。当输出电压比额定电压低1.5%。
跳过模式
ISL8009A在轻载下进入脉冲跳变模式通过降低开关频率来减小开关损耗。图27说明了跳过模式操作。零叉图25所示的传感电路监控N-MOSFET过零电流。当连续8个周期的N  MOSFET过零被检测到时,调节器进入跳跃模式。在8个检测周期内,电感中的电流为允许变成阴性。当任何周期中的电流都不会过零。
模式控制
ISL8009A有一个控制操作模式的跳过引脚。当箕斗销被驱动到低位或对地短路时调节器在强制脉冲宽度调制模式下工作。强制脉宽调制模式在轻载时保持固定的脉宽调制频率,而不是进入跳过模式。
过电流保护
过电流保护通过监控CSA实现用OCP比较器输出,如图25所示。这个电流传感电路的增益为0.4V/a,来自N-MOSFETCSA输出电流。当CSA输出达到0.8V时,(相当于开关电流的2A)OCP比较器跳闸以立即关闭P-MOSFET。
短路保护
短路保护SCP比较器监控VFB引脚输出短路保护电压。当VFB较低时大于0.2V时,SCP比较器强制脉冲宽度调制振荡器频率降至正常运行值的1/3。这个比较器在启动或输出短路时有效事件。
RSI/POR函数
通电时,开路集电极通电复位输出VO达到预设电压后保持低电压约1毫秒。当发出激活的高复位信号RSI时,POR变低在RSI后立即保持相同时间回到低点。输出电压不受影响(图28)。不使用此功能时,将RSI接地并离开上拉电阻器R1在POR引脚处打开。POR输出还用作1毫秒延迟功率良好信号当上拉电阻器R1安装时。RSI针需要直接或间接通过另一个电阻连接到使其正常工作的基础

紫外辐射
当输入电压低于欠压锁定(UVLO)时阈值,调节器被禁用。
软启动
软启动消除了启动。软启动块输出斜坡参考电压环和电流环。两个坡道限制了电感电流上升速度和输出电压速度使输出电压以可控的方式上升。在启动开始时,输出电压小于0.2V;因此,PWM工作频率为正常值的1/3频率。功率金氧半电晶体功率mosfet经过优化以获得最佳效率。这个P-MOSFET的导通电阻通常为120mΩN-MOSFET的导通电阻通常为110mΩ。占空比ISL8009A采用占空比操作,最大限度地电池寿命。当电池电压降至ISL8009A无法再维持输出时的调节,调节器完全打开P-MOSFET。最大值占空比运行时的跌落电压是P-MOSFET的负载电流和导通电阻。
启用
Enable(EN)输入允许用户控制开关用于诸如通电顺序等目的的调节器。调节器启用,通常有600微秒的唤醒延迟上带隙基准,然后软启动开始。当调节器被禁用,P-MOSFET和N-MOSFET被转动马上离开。从LX到100Ω软放电电阻器GDN启动并将输出拉至0V。
热关机
ISL8009A具有内置的热保护。当内部温度达到+140°C,调节器完全关闭。当温度降至+120°C时,ISL8009A通过逐步进行软启动来恢复操作。
应用程序信息
输出电感和电容的选择考虑稳态和瞬态运行,ISL8009A通常使用3.3μH的输出电感。高电感或低电感数值可用于优化整个转炉系统表演。例如,对于更高的输出电压3.3V应用,以减少电感电流纹波和输出电压纹波大,可提高输出电感值。电感纹波电流可以用公式1表示:
电感器的饱和电流额定值至少需要更大大于峰值电流。ISL8009A保护典型的山峰电流2.1A。饱和电流需要大于2.4A最大输出电流应用。ISL8009A使用内部补偿网络和输出电容值取决于输出电压。陶瓷建议电容器为X5R或X7R。建议最小输出电容值如表1所示。

表1给出了最小输出电容值不同的输出电压以确保整个转换器系统稳定。应限制最大输出电容小于等于50微F。
输入电容器选择
输入电容器的主要功能是寄生电感的解和滤波防止开关电流回流至电池导轨。10μF、X5R或X7R陶瓷电容器是一种良好的输入电容器选择的起点。
输出电压设定电阻选择图24所示的电阻器R2和R3设置输出可调版本的电压。输出电压可以是由公式2计算:
其中0.8V为参考电压。分压器由R2和R3组成,增加静态电流为VO/(R2+R3),因此电阻较大合意的。另一方面,VFB引脚有泄漏电流这将导致输出电压设置错误。渗漏电流的典型值为0.1微安。为了将精确度降至最低影响输出电压,选择R3不大于200千欧。对于VO=0.8V,建议缩短R2并打开R3号。
布局建议
布局是转换器设计的一个非常重要的步骤,以确保所设计的变换器工作良好。为ISL8009A美元转换器,功率回路由输出电感L,输出电容器COUT、LX引脚和GND引脚。它是必须使电源回路尽可能小。集成电路的热量主要通过热垫耗散。最大化连接到热垫的铜面积是更好。此外,坚实的接地层有助于电磁干扰表演。建议在热量下增加5个通孔与实心接地平面的衬垫连接。


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