深入解析 ISL7823xEVAL2Z 評(píng)估板：助力汽車負(fù)載點(diǎn)應(yīng)用設(shè)計(jì)

在電子工程師的日常工作中，選擇合適的評(píng)估板對(duì)于設(shè)計(jì)和驗(yàn)證電源管理解決方案至關(guān)重要。今天，我們將深入探討 Intersil 的 ISL7823xEVAL2Z 評(píng)估板，它專為展示 ISL78233、ISL78234 和 ISL78235 低靜態(tài)電流、高效同步降壓穩(wěn)壓器的性能而設(shè)計(jì)，適用于 2.7V 至 5.5V 輸入電源電壓、輸出電壓低至 0.8V 且最大輸出電流達(dá) 5A 的汽車負(fù)載點(diǎn)應(yīng)用。

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評(píng)估板概述

適用范圍與規(guī)格

ISL78233EVAL2Z、ISL78234EVAL2Z 和 ISL78235EVAL2Z 評(píng)估板主要用于演示對(duì)應(yīng)型號(hào)穩(wěn)壓器的性能。這些穩(wěn)壓器采用 5x5mm 16 引腳可焊?jìng)?cè)翼 QFN（WFQFN）封裝，最大高度為 0.9mm。不同型號(hào)的輸出電流有所不同，ISL78235 最大輸出電流為 5A，ISL78234 為 3A，ISL78233 為 4A，開(kāi)關(guān)頻率可編程范圍為 1MHz 至 4MHz，輸入電壓范圍為 2.7V 至 5.5V，輸出電壓范圍為 0.8V 至 5.5V。

PCB 規(guī)格

評(píng)估板的 PCB 尺寸為 2.025in x 2.725in，采用 4 層 FR - 4 板，厚度為 1.57mm，銅箔重量為 2oz。默認(rèn)輸出電壓 (V{OUT}) 為 1.8V，默認(rèn)開(kāi)關(guān)頻率 (f{SW}) 為 2MHz。

關(guān)鍵特性

高效性能

• 寬輸入電壓范圍：支持 2.7V 至 5.5V 的輸入電壓，適應(yīng)多種電源環(huán)境。
• 高轉(zhuǎn)換效率：同步降壓穩(wěn)壓器效率高達(dá) 95%，有效降低功耗。
• 高精度參考：在不同溫度下，參考精度可達(dá) 1%，保證輸出電壓的穩(wěn)定性。

靈活控制

• 可調(diào)頻率：通過(guò)電阻可將頻率從 500kHz 調(diào)整到 4MHz，默認(rèn)設(shè)置為 2MHz，還支持 1MHz 至 4MHz 的外部同步。
• 軟啟動(dòng)控制：內(nèi)部軟啟動(dòng)時(shí)間設(shè)置為 1ms，可通過(guò)外部軟啟動(dòng)電容進(jìn)行調(diào)整。

多重保護(hù)

具備過(guò)溫、過(guò)流、過(guò)壓和負(fù)過(guò)流保護(hù)功能，確保電路在異常情況下的安全性。

推薦設(shè)備與快速設(shè)置

推薦設(shè)備

進(jìn)行測(cè)試時(shí)，建議使用以下設(shè)備：

• 0V 至 5V 電源，源電流能力為 10A。
• 能夠吸收高達(dá) 10A 電流的電子負(fù)載。
• 數(shù)字萬(wàn)用表（DMMs）。
• 500MHz 四通道示波器。
• 用于 EN 和/或 SYNC 引腳的信號(hào)發(fā)生器。

快速設(shè)置步驟

1. 在通電前，確保電路正確連接到電源和負(fù)載。
2. 將偏置電源連接到 VIN，正極端連接到 VIN（P4），負(fù)極端連接到 PGND（P5）。
3. 將輸出負(fù)載連接到 VOUT，正極端連接到 VOUT（P3），負(fù)極端連接到 PGND（P7）。
4. 驗(yàn)證 SW2 處于 PFM 或 PWM 的正確位置。
5. 驗(yàn)證 SW1 處于 ON 位置。
6. 打開(kāi)電源并設(shè)置為 2.7V 至 5.0V。
7. 驗(yàn)證輸出電壓 (V_{OUT}) 為 1.8V。

功能詳細(xì)解析

輸出電壓調(diào)整

評(píng)估板的輸出電壓預(yù)設(shè)為 1.8V，但可在 0.8V 至 3.3V 范圍內(nèi)調(diào)整。輸出電壓編程電阻 (R{2}) 取決于穩(wěn)壓器所需的輸出電壓，推薦 (R{3}) 設(shè)置為 100kΩ，(R{2}) 的值通常在 66kΩ 至 450kΩ 之間，可通過(guò)公式 (R{2}=R{3}*(VO / VFB - 1)) 計(jì)算。為獲得更快的瞬態(tài)響應(yīng)性能，可在 (R{2}) 上并聯(lián) 10pF 至 22pF 的電容，但使用電容前需進(jìn)行環(huán)路補(bǔ)償分析以確保最佳性能。

頻率控制

ISL78233、ISL78234 和 ISL78235 的 FS 引腳可控制工作頻率。默認(rèn)情況下，當(dāng) FS 連接到 VIN（(R{6}=0)）時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率為 2MHz。通過(guò)移除 (R{6}) 并改變 (R{4}) 的值，可根據(jù)公式 (R{4}[kΩ]=frac{220 cdot 10^{3}}{f_{OSC}[kHz]}-14) 將開(kāi)關(guān)頻率從 500kHz 調(diào)整到 4MHz。

軟啟動(dòng)控制

這些穩(wěn)壓器的 SS 引腳可控制軟啟動(dòng)時(shí)間。將 SS 引腳短接到 SGND 可實(shí)現(xiàn)內(nèi)部軟啟動(dòng)（約 1ms）。在 (C{6}) 處安裝電容可調(diào)整軟啟動(dòng)時(shí)間，該電容與內(nèi)部 2.1μA 電流源共同設(shè)置轉(zhuǎn)換器的軟啟動(dòng)間隔 (t{SS})。為確保故障條件后軟啟動(dòng)能正確復(fù)位，(C{6}) 應(yīng)小于 33nF。評(píng)估板默認(rèn)在板上使用 33nF 電容，實(shí)現(xiàn)約 10ms 的軟啟動(dòng)時(shí)間，可通過(guò)公式 (C6[mu F]=3.5 cdot t{SS}[s]) 計(jì)算所需電容值。

控制開(kāi)關(guān)

評(píng)估板上的 SW1 和 SW2 開(kāi)關(guān)分別用于控制 EN 和 SYNC 引腳。SW1 處于 1（左側(cè)）時(shí)，IC 禁用；處于 3（右側(cè)）時(shí)，IC 啟用。SW2 處于 1（左側(cè)）時(shí)，輕載時(shí)采用 PFM 模式；處于 3（右側(cè)）時(shí)，輕載時(shí)采用固定 PWM 頻率模式。

功率電感

評(píng)估板采用 0.68μH 的輸出功率電感，飽和電流為 13.5A，能夠處理 IC 的峰值電流限制。該電感是為 (V{IN}=5V)、(V{OUT}=1.8V)、開(kāi)關(guān)頻率為 2MHz 且輸出電流高達(dá) 5A 的情況優(yōu)化選擇的。

內(nèi)部與外部補(bǔ)償

內(nèi)部補(bǔ)償

ISL78233、ISL78234 和 ISL78235 在誤差放大器輸出端具有內(nèi)部補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，它通過(guò)減少外部組件簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，同時(shí)在瞬態(tài)負(fù)載響應(yīng)時(shí)穩(wěn)定穩(wěn)壓器。使用內(nèi)部補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)時(shí)，將 COMP 引腳連接到 VDD。然而，內(nèi)部補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的局限性在于，當(dāng)需要額外的輸出電容來(lái)最小化快速瞬態(tài)負(fù)載引起的輸出過(guò)沖時(shí)，它無(wú)法提供靈活的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。

外部補(bǔ)償

當(dāng) COMP 引腳不連接到 VDD 時(shí)，可使用從 COMP 引腳到 GND 的 RC 網(wǎng)絡(luò)提供外部補(bǔ)償。如果反饋網(wǎng)絡(luò)需要針對(duì)特定應(yīng)用進(jìn)行更好的優(yōu)化，則應(yīng)使用外部補(bǔ)償。關(guān)于內(nèi)部補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的規(guī)格和穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的更多信息，可參考 ISL78235、ISL78233、ISL78234 的數(shù)據(jù)手冊(cè)。

PCB 布局建議

電源環(huán)路

對(duì)于 ISL78233、ISL78234 和 ISL78235，電源環(huán)路由輸出電感 (L{o})、輸出電容 ((C{OUT}))、PHASE 引腳和 PGND 引腳組成。應(yīng)盡量減小電源環(huán)路面積，各組件之間的連接走線應(yīng)直接、短且寬。

噪聲處理

轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)（PHASE 引腳）及其連接的走線會(huì)產(chǎn)生噪聲，應(yīng)使電壓反饋?zhàn)呔€遠(yuǎn)離這些噪聲走線。

電容放置

輸入電容應(yīng)盡可能靠近 VIN/VDD 和 GND 引腳，輸入和輸出電容的接地端應(yīng)盡可能靠近連接。

散熱設(shè)計(jì)

IC 的熱量主要通過(guò)散熱焊盤散發(fā)，應(yīng)盡量增大與散熱焊盤連接的銅面積。此外，實(shí)心接地平面有助于提高 EMI 性能，可參考 TB389 進(jìn)行 PCB 散熱焊盤下方銅面積的過(guò)孔布置，以實(shí)現(xiàn)最佳散熱性能。

總結(jié)

ISL7823xEVAL2Z 評(píng)估板為工程師提供了一個(gè)全面且方便的平臺(tái)，用于評(píng)估 ISL78233、ISL78234 和 ISL78235 同步降壓穩(wěn)壓器的性能。其豐富的功能和靈活的配置使得它在汽車負(fù)載點(diǎn)應(yīng)用中具有很大的優(yōu)勢(shì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，合理利用評(píng)估板的特性，遵循 PCB 布局建議，能夠幫助工程師快速、高效地完成電源管理設(shè)計(jì)。你在使用類似評(píng)估板時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。