深度解析ISL9123系列：超低IQ降压调节器的卓越之选

在电子设备的电源管理领域，降压调节器是至关重要的组件，它能将高电压转换为低电压，为设备提供稳定的电源。今天我们要深入探讨的是瑞萨（Renesas）的ISL9123、ISL9123A和ISL9123B系列超低IQ降压调节器，它们在性能和功能上都有着出色的表现。

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产品概述

ISL9123、ISL9123A和ISL9123B是高度集成的降压开关调节器，能够提供低至0.4V的输出电压。该系列产品具有极低的静态电流消耗，在调节模式下为950nA，在强制旁路模式（ISL9123/A）下为140nA，在关断模式下为7nA。它支持1.8V至5.5V的输入电压范围，能够满足多种应用场景的需求。

产品特性亮点

低静态电流

低至950nA的静态电流，使得该系列产品在待机状态下的功耗极低，非常适合对功耗敏感的应用，如智能手表、无线耳机等。这就好比在设备不工作时，它只消耗极少的电量，延长了设备的续航时间。

高效能表现

在不同负载条件下都能保持较高的效率。例如，在10µA负载（$V{IN}=3.6V$，$V{OUT}=3.3V$）时，ISL9123/A的效率可达86%；在相同输入输出电压下，其峰值效率更是高达97%。这意味着在能量转换过程中，能够减少能量的损耗，提高电源的利用率。

宽输入输出电压范围

输入电压范围为1.8V至5.5V，输出电压范围在ISL9123/A为0.4V至5.375V，在ISL9123B为0.4V至1.180V。这种宽范围的设计使得产品具有很强的通用性，能够适应不同的电源和负载要求。

可选的节能模式

ISL9123/A具有可选的强制和自动旁路节能模式。在输入电压接近或低于输出电压的情况下，自动旁路功能可以无缝切换，提高效率；而强制旁路模式则可在不需要电压调节时选择，进一步降低功耗。

灵活的控制方式

支持$I^{2}C$控制和电压调节，通过$I^{2}C$接口总线，用户可以方便地调整输出电压和选择工作模式，实现对电源的精确控制。

小尺寸封装

采用1.8mm×1.0mm的8 Bump WLCSP封装，大大减小了电源解决方案的尺寸，适合对空间要求较高的应用。

应用场景广泛

该系列产品适用于多种应用场景，包括但不限于：

• 可穿戴设备：如智能手表和腕带设备，低功耗和小尺寸的特点使其成为可穿戴设备电源管理的理想选择。
• 无线音频设备：无线耳机等需要长时间续航的设备，高效能和低静态电流能够满足其对电源的要求。
• 物联网设备：在物联网应用中，设备通常需要长时间运行且对功耗敏感，ISL9123系列能够为其提供稳定可靠的电源。
• 计量设备：水、气、油表等设备，对电源的稳定性和低功耗有较高要求，该系列产品能够满足这些需求。
• 便携式医疗设备：如助听器等，对电源的安全性和稳定性要求极高，ISL9123系列的保护电路和精确控制能够保障设备的正常运行。

规格参数详解

绝对最大额定值

在使用过程中，需要注意各引脚的电压范围和最大结温等参数，避免超出额定值导致产品损坏。例如，$V{IN}$、$V{OUT}$和LX引脚的最大电压为6.5V，最大结温为+125℃。

热规格

了解产品的热阻参数，有助于合理设计散热方案，确保产品在正常温度范围内工作。如8 Bump WLCSP封装的热阻，结到环境为110℃/W，结到基为28℃/W。

推荐工作条件

明确产品的推荐工作温度、电源电压和输出电压范围等条件，能够保证产品的性能和可靠性。例如，环境温度范围为-40℃至+85℃，电源电压范围为1.8V至5.5V。

模拟规格

包括输入电压范围、静态电流、开关频率等参数。如输入电压范围为1.8V至5.5V，在$V{IN}=3.6V$，$I{OUT}=0A$时，静态电流为950nA。

$I^{2}C$接口时序规格

规定了$I^{2}C$接口的频率、数据有效时间等参数，确保$I^{2}C$通信的正常进行。例如，$I^{2}C$频率能力为0至400kHz。

典型性能曲线分析

通过查看典型性能曲线，我们可以直观地了解产品在不同条件下的性能表现。例如，效率与负载电流的关系曲线可以帮助我们选择合适的工作点，以获得最佳的效率。

ISL9123/A性能曲线

展示了不同输出电压下，效率与负载电流、输入电压的关系，以及开关频率与输入电压的关系等。从曲线中可以看出，在不同负载和输入电压下，产品的效率和开关频率都有相应的变化。

ISL9123B性能曲线

类似地，ISL9123B的性能曲线也反映了其在不同条件下的性能特点，如效率与负载电流、输入电压的关系，输出电压精度与负载电流的关系等。

功能描述

使能输入

通过将EN引脚置高来使能设备，置低则进入掉电模式。需要注意的是，EN引脚必须保持低电平至少50µs才能使设备禁用。在设备禁用时，ISL9123与ISL9123A或ISL9123B的输出放电方式有所不同，这是由于ISL9123内部的软放电电阻。

软放电（ISL9123/B only）

当通过$I^{2}C$禁用转换器时，可以激活内部的放电电阻，缓慢放电输出电容。ISL9123的内部放电电阻典型值为125Ω，ISL9123B为1.15MΩ。

启动

当输入电压高于欠压锁定阈值且EN引脚置高时，启动上电序列。首先初始化IC并读取一次性可编程（OTP）内存，然后开始软启动，输出电压以编程的动态电压缩放（DVS）斜率上升，直到达到目标输出电压。

过流/短路保护

通过监测电感电流来提供过流保护。根据INT_FLAG_MASK寄存器中OC_FAULT_MODE位的设置，IC可以进入打嗝模式、关断模式或限流模式。

热关断

ISL9123/A具有热关断功能，当内部温度超过热关断阈值时，设备停止开关操作，等待温度下降。当温度下降到一定程度后，控制器先经过软启动阶段，然后开始调节到目标输出电压。

降压转换拓扑

ISL9123/A可以在旁路或降压模式下工作，而ISL9123B不支持旁路模式。在输入电压接近输出电压时，ISL9123/A会自动从降压模式切换到旁路模式，以提高效率和降低输出电压纹波。

脉冲宽度调制（PWM）操作

在降压PWM模式下，开关A和B像同步降压转换器一样工作。通过控制开关的导通和关断，实现对电感电流的调节，从而稳定输出电压。

脉冲频率调制（PFM）操作

在PFM操作中，开关A和B以不连续导通模式（DCM）工作。当负载较轻时，PFM模式可以提高效率。随着负载的增加，PFM脉冲频率增加，最终进入持续的PWM操作。

输入电压接近输出电压时的操作（ISL9123/A only）

当输出电压接近输入电压时，ISL9123/A能够快速平滑地在降压模式和旁路模式之间切换，保持良好的效率和低输出电压纹波。

强制操作模式（ISL9123/A only）

包括强制PWM模式和强制旁路模式。可以通过CONV_CFG寄存器中的FMODE位进行选择。强制PWM模式可以最小化开关频率变化，获得更精确的输出电压；强制旁路模式可以在不需要输出电压调节时最小化功耗。

辅助输出（ISL9123/A only）

ISL9123/A提供一个辅助输出（VSW），可以通过内部开关D连接到VOUT。在使能辅助输出时，需要注意处理浪涌和瞬态效应，可以利用降压软启动机制。

$I^{2}C$串行接口

支持双向总线协议，工作在标准模式下最高速率可达100kbit/s，快速模式下最高可达400kbit/s。详细介绍了协议约定、写操作和读操作的流程，确保$I^{2}C$通信的正确进行。

寄存器描述

RO_REG1

包含硬件标识位，用于识别芯片家族、芯片修订级别和转换器变体。

INTFLG_REG

包含故障标志位，每个位代表不同类型的故障。当发生故障时，相应的位会被置1，读取后会被清除。

VSET

用于设置输出电压，ISL9123/A以25mV为步长，ISL9123B以5mV为步长。输出电压范围有数字限制，超出限制会触发相应的中断标志。

CONV_CFG

包含多个控制位，如使能位、放电电阻控制位、动态电压缩放斜率控制位、强制操作模式选择位等，用于配置转换器的工作模式和参数。

INTFLG_MASK

用于设置过流故障处理模式、辅助开关输出控制和使能覆盖位等，对故障处理和设备控制起到重要作用。

封装和订购信息

封装

采用8 Bump WLCSP封装，具有小尺寸的特点。在设计PCB时，需要参考最新的封装外形图，确保引脚连接正确。

订购信息

提供了不同型号的产品信息，包括默认输出电压、$I^{2}C$地址、封装描述、温度范围等。用户可以根据自己的需求选择合适的产品。

总结

ISL9123系列超低IQ降压调节器以其低功耗、高效能、宽输入输出电压范围、灵活的控制方式和小尺寸封装等优点，成为众多电子设备电源管理的理想选择。在实际应用中，我们需要根据具体需求，合理选择型号和配置参数，同时注意产品的规格和使用注意事项，以确保产品的性能和可靠性。希望通过本文的介绍，能够帮助电子工程师更好地了解和应用ISL9123系列产品。你在使用这类降压调节器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享。