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ISL6558多相脉宽调制控制器

2020-9-29 16:44:25  121 控制器
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6558.html" title="ISL6558产品参数、文档资料和货源信息" target="_blank">ISL6558是一个多相脉宽调制控制器,在与HIP6601B、HIP6602B、HIP6603B或ISL6605伴星门驱动器形成了一个完整的解决方案适用于大电流、高回转率应用。6558号岛调节输出电压,平衡负载电流和提供两到四个同步的保护功能整流降压转换器通道。一种新的电流传感方法被用来降低整体解决方案成本和提高效率。电压在传导过程中穿过较低的MOSFET采样并反馈给控制器。这种无损电流感应方法使控制器能够保持电源通道之间的相电流平衡,提供过电流保护,允许下垂补偿。可选输出电压“下降”或主动电压定位通过下垂销支撑。利用这个该特性降低了输出电容器的尺寸和成本需要支持负载瞬态。如果发生过电压,控制器将监视和响应以降低负载设备损坏的风险。低电压条件通过PGOOD指示过渡。过电流条件导致转换器关闭限制负载设备的暴露。这些综合监控和保护功能提供安全微处理器和其他先进低功耗的环境电压电路
特征
提供无铅加退火(符合RoHS)
多相功率转换-2、3或4相操作
可选输出电压降
精确通道电流平衡
无损电流传感
精确参考电压-0.8V±1.5%在-40℃-85℃范围内-0℃-70℃范围内0.8V±1.0%
快速瞬态响应
过电流和过电压保护
数字软启动
电源良好指示
高纹波频率(80kHz至1.5MHz)
QFN包-符合JEDEC PUB95 MO-220 QFN Quad Flat无潜在客户产品大纲-接近芯片规模的封装尺寸;改善了PCB高效减薄型材
应用
微处理器电源控制
低输出电压、大电流DC-DC转换器
电压调节器模块
服务器和工作站
内存和加速图形端口供应
通信处理器和个人计算机
外围设备

功能管脚说明
注:引脚编号指SOIC封装。检查引线QFN管脚编号图。
VCC(引脚1)
提供操作芯片所需的所有电源。集成电路当此引脚上的电压超过当电压接通时,提高POR阈值并关闭这个针落在下降的POR阈值以下。连接这个引脚连接到5V(±5%)电源。
PGOOD(引脚2)
功率良好是一个开漏输出,用于指示输出电压的状态。当转换器输出电压低于或高于10%或15%参考电压。
压缩机(引脚3)
内部误差放大器的输出。将此pin连接到外部反馈补偿网络。
下垂(针脚4)
输出电压降或有源电压定位通过将此销连接到FB销来提供。内线电流源在外部产生下垂反馈电阻,RFB。如果不需要下垂,则此销必须保持打开状态。
FB(针脚5)
FB引脚是内部误差的反向输入放大器。将此引脚连接到外部反馈补偿网络和输出电阻分压器以正确控制和保护变频器负载。
VSEN(插脚6)
该引脚通过电阻分压器连接到转换器的输出电压提供遥感。这个欠压过电压保护比较器触发关闭此输入。
FS/EN(引脚7)
电阻器从该引脚连接到接地,设置内部振荡器频率。开关频率,FSW,在80kHz和1.5MHz之间可调。将该引脚接地将禁用转换器,并显示三个脉冲宽度调制输出。
接地(引脚8)
所有控制器信号的偏置和参考接地。PWM1(引脚13)、PWM2(引脚12)、PWM3(引脚9),PWM4(针脚16)控制器的脉宽调制驱动信号连接到单个HIP660x驱动器PWM输入引脚。数量有源信道由PWM3和密码4。如果PWM3与VCC相连,则表示需要双通道操作的控制器。在这种情况下,PWM4应保持打开状态或与VCC相连。将PWM4连接到VCC表示需要三通道操作。ISEN1(插脚14)、ISEN2(插脚11)、ISEN3(插脚10),ISEN4(针脚15)这些引脚用于监测低mosfet电流反馈,输出电压降以及过电流保护。电阻器必须放在与这些输入及其各自的相位串联节点。电阻器的尺寸应确保电流反馈为满载时为50微安。对应于非活动的检测线频道应该保持开放。非活动通道是指哪个脉宽调制管脚已连接到VCC或保持打开状态。热垫(仅QFN)在QFN包中,位于集成电路是一种热基板。PCB“热地”设计对于这种外露的模垫,应包括下拉并连接到一个或多个埋地铜平面。垂直散热孔的组合埋在地下的散热板允许QFN充分发挥其热潜能。这个垫子应该是接地或浮动,不应连接到其他节点。有关设计指南,请参阅TB389。

绝对最大额定值
电源电压,VCC。+7伏
输入、输出或I/O电压。接地-0.3V至VCC+0.3V
静电放电分类
人体模型。3千伏
机器型号。250伏
推荐操作条件
电源电压。+5V±5%
环境温度。-40°C至85°C
最大工作结温度。125摄氏度
热信息
热阻(典型注释1、2、3)θJA(℃/W)θJC(℃/W)
SOIC封装(注1)。70牛耳
QFN包(注2、3)。35 5个
最高结温。150摄氏度
最高储存温度范围。-65°C至150°C
最高引线温度(焊接10s)。300摄氏度(SOIC-仅限铅头)
注意:超过“绝对最大额定值”中列出的应力可能会对设备造成永久性损坏。这是一个压力等级和操作
在本规范操作章节中所述的上述条件或任何其他条件下的装置并不隐含。
笔记:
1.θJA是用安装在自由空气中的高效热导率测试板上的元件测量的。详见技术简报TB379。
2.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。见技术简报TB379了解详细信息。
3.θJC,“外壳温度”位置在包装底部外露金属垫的中心。
电气规范工作条件:VCC=5V,TA=-40°C至85°C。除非另有规定。

电气规范工作条件:VCC=5V,TA=-40°C至85°C。除非另有规定。(续)

GBD=设计保证
GNT=保证未测试

操作
图1显示了电压调节的简化图以及两相转换器的电流控制回路。两者电压和电流反馈用于精确调节输出电压和严格控制相电流,IL1和IL2,两个电源通道中的一个。电压回路输出电压反馈通过电阻器施加将RFB和ROS组合到误差放大器。此信号驱动误差放大器输出高或低,取决于与0.8V参考电压的关系。放大器输出电压分布在有源PWM通道和与各自的电流校正信号相加。这个产生的信号,VERROR,被输入到PWM控制中每个通道的电路。在这个区域内,信号是与锯齿形斜坡信号相比。锯齿形坡道应用于每个通道的信号与其他人。每个通道产生的占空比信号为由校正电压的移动决定,维罗,相对于锯齿形坡道。个人责任循环信号被发送到各自的HIP660x门来自PWM引脚的驱动器。那么HIP660x门驱动器根据此开关上下mosfet脉冲宽度调制信号。
电流回路
电流控制回路使通道电流保持在平衡。在每个通道的脉冲宽度调制关闭时间内较低MOSFET的rDS(ON)上产生的电压是抽样的。电流通过升高的电阻和提供与输出电流成比例的反馈频道。所有激活通道的标度输出电流合并以创建平均电流参考,ITOTAL,相对于转换器的总输出电流。这个然后将信号从按比例缩放的单个通道中减去输出电流以产生电流校正信号每个频道。电流校正信号保持通道的输出电流贡献相对于其他活动频道。每个电流校正信号从误差放大器输出中减去并馈送到单个通道的脉宽调制电路。
例如,假设在图1高于第2季度的抽样数据。ISEN2电流会比ISEN1高。当两个人参考电流是平均的,它们仍然准确表示转换器的总输出电流。这个然后从ISEN中减去参考电流ITOTAL海流。这将导致通道2和通道1的负偏移。这些偏移量被减去从误差放大器信号进行相位平衡更正。VERROR2信号降低,而VERROR1会增加。然后,脉宽调制电路将减少降低输出电流贡献的脉冲宽度第二频道,与第一频道相反。
下垂补偿
微处理器和其他外围设备往往会改变从接近空载到满载的负载电流需求在操作过程中。这些相同的设备需要最少的负载阶跃期间输出电压偏离标称值。高di/dt负载阶跃将导致输出电压尖峰。这个尖峰的幅度由输出电容决定ESR(有效串联电阻)乘以负载阶跃大小和输出电容器ESL(等效系列电感)乘以负载阶跃di/dt。正负荷阶跃产生负输出电压尖峰,反之亦然。总输出电压偏差可能超过某些设备的公差。一个被广泛接受的解决方案此问题是输出电压“下降”或激活电压定位。下垂是相对于输出电压公差设置的加载装置的规格。大多数设备公差规范跨越了额定输出电压。在无负载时,输出电压设置为略高于名义水平,VOUT,NL。在满负荷时,输出电压被设定略低于正常水平,VOUT,FL。结果是希望具有如图所示的输出电压特性根据图2中的载重线。

在下垂和正负载阶跃的情况下由此产生的负输出电压尖峰开始于VOUT水平升高,NL。同样,如果加载从完全负载,IOUT,MAX,返回空载,IOUT,NL,输出电压从稍低的VOUT,FL位置开始。这几个毫伏偏移有助于减少输出的大小和成本处理给定负载步进所需的电容器。下垂是ISL6558的可选功能。它是通过连接下垂管脚和FB管脚如图1所示。内部电流源,IDROOP,从下垂销中进给。IDROOP的大小是由总输出的比例表示控制由单个ISEN电流产生的电流。伊德罗普在RFB上产生电压降并偏移输出FB引脚处的电压反馈,有效地创建作为负载电流函数所需的输出电压降。选择RFB和ROS如果不需要输出降速补偿,则降速销必须保持打开状态。只需为RFB选择一个值,然后根据以下公式计算ROS:
在需要下垂补偿的应用中,将下垂和FB引脚在一起。首先选择RFB下面的公式,其中VDROOP是满载时输出电压下降。这个方程式是偶然的关于ISEN电阻的正确选择故障保护部分。
根据RFB,使用以下公式计算ROS。其中VOUT,NL是空载时的期望输出电压条件。
初始化
许多功能是由上升的电源电压启动的适用于ISL6558的VCC引脚。直到供应电压达到上电复位(POR)VCC上升阈值,PWM驱动信号保持在三种状态。这导致HIP660x门不产生门驱动输出mosfet的驱动程序。一旦电源电压超过POR上升阈值,软启动间隔为启动。如果电源电压低于POR下降阈值,触发POR关闭,并输出PWM再次被驱赶到三个州。FS/EN引脚也可用于初始化转换器。将此引脚固定在地上会覆盖软启动的开始。一旦该引脚被释放,软启动被初始化,并且转换器输出将开始下降。如果FS/EN接地在操作过程中,会触发一个POR关闭,并且PWM输出为三个状态。过电压后切换此引脚事件不会重置控制器;必须循环VCC。建议对输入电源进行排序。一个电源电压顺序引起的过电流尖峰可能如果控制器在驱动程序之前处于活动状态,则发生。如果在此之前满足控制器的POR上升阈值然后启动软启动间隔,可以在驱动程序激活之前完成。一旦激活控制器将要求最大值由于输出电压不足而导致的占空比过电流跳闸。将启动软启动间隔在此事件发生后不久,正常的脉宽调制操作将结果。电源电压的顺序应确保控制器和门驱动器同时初始化或者驱动程序在控制器之前激活。大多数ATX电源控制单个电压的上升时间输出并确保正确排序。
软启动间隔
在启动软启动循环之前,控制器保持只要FS/EN引脚保持在接地或施加在VCC仍低于POR上升阈值。一旦VCC上升到高于POR上升阈值,并且FS/EN引脚从地面释放,软启动间隔为启动。开始进行脉冲宽度调制操作,结果变慢输出电压上升避免过电流跳闸通过缓慢地给放电的输出电容器充电。这个当PGOOD信号转换时软启动间隔结束以指示输出电压在技术规格范围内。软启动间隔由选择的数字控制开关频率。最大软启动间隔,SSInterval,可以对给定应用程序进行估计:
其中FSW是信道切换频率。用于创建图3中波形的转换器125kHz的开关频率。软启动间隔这个转换器的计算值刚刚超过16毫秒波形显示,实际软启动间隔不到16ms。

输出电压监测
输出电压必须连接到VSEN引脚以提供用于创建操作窗口的反馈。如果输出电压不是0.8V的参考电压,必须是从外部缩小到这个级别。电压为然后与两个显示输出过电压或欠电压情况。违反这两个条件都会导致PGOOD pin输出切换为低表示输出有问题电压。
过电压
将VSEN电压与内部过电压进行比较保护(OVP)参考设置为内部的115%参考资料。如果VSEN电压超过OVP基准,比较器同时设置OV锁存器和触发低脉冲宽度调制输出。司机们把车开到下面mosfet,将转换器输出分流到地上。一次输出电压低于额定输出电压PWM输出处于三种状态。这样可以防止输出电容器从下部卸下莫斯费特。如果过电压条件持续存在,则输出在两种状态之间循环,类似于滞后调节器。只能通过以下方式重置OV锁存器循环VCC电源电压以启动一个POR并开始一个软启动间隔。
欠电压
VSEN电压也与欠压(UV)相比较设置为内部引用的90%的引用。如果电压低于紫外基准,功率良好监视器触发PGOOD变低。紫外线比较仪不影响变频器运行。
VSEN标度
输出电压VOUT必须反馈到VSEN引脚分别从反馈元件到FB引脚。如果VSEN和FB连接在一起,误差放大器将保持当实际电压输出电压水平可能有很大不同。这会屏蔽输出电压,防止保护特性从反应到欠压或过电压条件合适的时间。如果输出电压与内部0.8V不相同参考,然后电阻分压器按FB电阻的比例缩放如图8所示。否则,输出电压应直接连接至VSEN引脚电阻分压器。

PGOOD信号
欠压比较器和过电压闭锁馈电进入电源良好的显示器和不在一起。如果指示故障,电源良好监视器触发PGOOD输出低。此排水开口销上的高值表示正确的输出电压。应用指南
布局注意事项
布局在高频开关中非常重要转换器设计。利用mosfet在大于100kHz,产生的电流从一个设备到另一个设备会导致互连阻抗和寄生电路元件。这些电压尖峰会降低效率,辐射噪声进入电路,并导致器件过电压应力。仔细的元件布局和印刷电路设计最小化转换器中的电压峰值。例如,考虑PWM的关断过渡上MOSFET。在关闭之前,上部的MOSFET是携带通道电流。关闭期间,电流停止流进上MOSFET,被下MOSFET接收MOSFET。开关电流路径中的任何电感在开关间隔期间产生大的电压尖峰。仔细的部件选择,紧凑的关键布局组件和短路、宽电路痕迹将电压峰值的大小。
DC-DC中有两组关键组件使用ISL6558控制器和HIP660x门的转换器。开关元件是最关键的因为它们转换了大量的能量,因此会产生同样大的噪音。下一个是连接到敏感元件的小信号元件节点或提供临界旁路电流和信号合。建议使用多层印刷电路板。图显示一个关键组件的连接转换器的输出通道。注意电容器CIN每一个都能代表无数的物质电容器。指定一个实体层,通常是中间层对于一个地平面来说组件接地连接,带有到该层的通孔。把另一个固体层作为能量层并打破这个平面到共同电压水平的更小的岛上。保留金属从相位终端到输出端感应器短路。电源板应支持输入功率和输出功率节点。使用铜填充多边形在相位节点的顶部和底部电路层上。将剩余的印刷电路层用于小信号装电线。从HIP660x驱动器到功率MOSFET栅极和电源的尺寸应能承载至少1A电流。开关元件和HIP660x门驱动器应被放在第一位。将输入电容器放置在电源开关。最小化连接的长度在输入电容器、CIN和电源开关之间。将陶瓷电容器和大容量输入电容器放置在靠近的位置尽可能连接到上MOSFET漏极。定位输出mosfet和负载。将HIP660x门驱动器靠近各自的沟道mosfet。关键的小信号部件包括旁路ISL6558控制器上的VCC电容器以及那些在VCC和PVCC的HIP660x门驱动器。将旁路电容器CBP放置在设备附近别针。把反馈放在电阻器、RFB和ROS、补偿元件、RC和CC,与误差放大器的输入相关连接到FB和COMP管脚。布线时应小心电流检测线,使得ISEN电阻靠近控制器上各自的管脚。电阻RT,设置振荡器频率的靠近FS/EN管脚。

部件选择指南
输出电容器选择需要输出电容器来过滤输出电感电流脉动,提供负载瞬态电流。这个滤波要求是信道切换的一个功能频率和输出纹波电流。负荷瞬变需求是回转率(di/dt)和瞬态负载电流的大小。这些要求一般都会遇到混合电容器和精心布局。一些现代微处理器能产生瞬态负载速率高于200A/微秒。高频电容器用于提供初始瞬态电流并减缓变化率由大容量电容器看到。大容量滤波器电容值为通常由ESR和额定电压确定要求而不是实际的电容要求。高频去耦电容器应放置在尽可能靠近负载的电源插脚。成为小心不要在电路板布线中增加电感可能会抵消这些低电感的作用组件。咨询负载制造商任何特定去耦要求的装置。开关用专用低ESR电容器建议批量使用调节器电容器。体电容器的ESR决定了输出纹波电压和高电压后的初始电压降回转率瞬态边缘。铝电解电容器数值与ESR较低的病例大小有关更大的箱子尺寸。然而,这些电容器的ESL随着大小写的增加而增加,并且会降低电容器对高转换率瞬态负载。不幸的是,ESL不是指定的参数。使用电容器提供并测量电容器的阻抗选择合适组件的频率。在大多数情况下,小型多芯电解电容器比一个大的电容器要好。
输出电感选择
选择输出电感以满足电压纹波要求和最小化转换器对负载瞬变。在多相变换器拓扑中,纹波一个激活通道的电流与另一个部分抵消有源通道,以减少整体纹波电流。这个总输出纹波电流的减少导致总输出电压纹波。为功率通道选择的电感决定通道纹波电流。增加电感值降低总输出纹波电流和总输出电压纹波。然而,增加电感值将降低转换器对负载瞬态的响应时间。限制转换器响应时间的参数之一负载瞬变是旋转电感器所需的时间从初始电流水平到瞬态电流的电流水平。在这段时间里电平必须由输出电容提供。最小化响应时间可以最小化输出需要电容。通道纹波电流近似如下方程式:
总输出纹波电流可由图中的曲线。它们提供的总纹波电流为占空比和有效通道数的功能,标准化为零占空比时的参数KNORM。

找到有效通道曲线和占空比的交点为您的特定应用程序循环。由此产生的波纹然后,y轴上的电流乘数乘以确定总产量的标准化系数KNORM给定应用的纹波电流。

输入电容器选择
使用混合输入旁路电容器来控制电压对mosfet的超调。使用陶瓷电容器高频去耦和大容量电容器供电均方根电流。可放置小型陶瓷电容器非常接近上MOSFET以抑制电压在寄生电路中感应阻抗。在选择大容量输入电容器为额定电压和RMS额定电流。为了可靠运行,选择一个大容量电容器电压和电流额定值高于最大输入电路所需的电压和最大均方根电流。这个电容器额定电压应至少大于1.25倍大于最大输入电压和1.5的额定电压时代是一个保守的准则。均方根电流转换器设计的要求可以用图的帮助。根据活动数量的曲线转换器设计中的通道。下一步确定职责循环变换器并找到该值的交点以及活动通道曲线。找到相应的y轴值,这是当前乘数。乘以总满负荷电流倍增器的输出电流,而不是通道值找到值,结果是RMS输入电流必须由输入电容器支持。

MOSFET的选择与考虑ISL6558要求每个如果使用平行mosfet,则为有源通道或更多。这些mosfet应根据rDS(ON)选择,总闸门费用和热管理要求。在大电流PWM应用中,MOSFET功率散热、封装选择和散热器是主要设计因素。功耗包括两个损耗元件;传导损耗和开关损耗。这些损失在上下之间分配根据转换器占空比的mosfet(参见下面的方程式)。传导损耗是主要的低mosfet的功耗分量,Q2图1的Q4。只有上mosfet,Q1和Q3具有显著的开关损耗,因为较低的设备转动接通和断开接近零电压。下列方程式假定线性电压电流由于下MOSFETs体二极管的反向恢复而产生的跃迁和不建模的功率损耗。在HIP660x驱动器和不要加热mosfet。然而,门电荷很大增加开关时间,tSW增加MOSFET开关损耗。确保两个mosfet在高环境温度下的最高结温范围内根据包装热阻规格。单独的可能需要散热器,具体取决于MOSFET功率、包装类型、环境温度和空气流量



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