深入解析ISL81807：80V双同步升压控制器的卓越性能与应用

在电子工程师的日常设计工作中，选择合适的控制器对于实现高效、稳定的电源系统至关重要。今天，我们将深入探讨ISL81807这款80V双同步升压控制器，它专为驱动E - mode GaN FET而优化，在工业和通用领域有着广泛的应用前景。

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一、ISL81807概述

ISL81807是一款双同步升压控制器，能够生成两个独立输出或一个具有两个交错相位的输出，适用于电信、数据中心和计算等多种应用。它具有宽输入和输出电压范围，输入电压范围为4.5V至80V，输出电压范围为5V至80V，为不同的应用场景提供了灵活的选择。此外，该控制器提供5.3V的栅极驱动电压，其小死区时间设置使其成为E - mode GaN FET设备的理想控制器。

二、关键特性剖析

1. 控制模式与调节功能

ISL81807采用峰值电流模式控制，并结合相位交错技术，为两个输出提供独立的平均电压和电流控制。每个输出都配备了电压调节器、电流监视器和平均电流调节器，确保了精确的电压和电流调节。内部锁相环（PLL）振荡器保证了从100kHz到2MHz的精确频率设置，并且可以与外部时钟信号同步，适用于频率同步和多相级联同步应用。

2. 软启动与使能功能

该控制器具有可编程软启动和精确阈值使能功能，以及电源良好指示器，简化了电源轨的排序。软启动时间可以通过调整软启动电容来设置，有效减轻了启动时的浪涌电流。同时，精确的欠压锁定（UVLO）阈值实现了精确的输入欠压保护（UVP）功能。

3. 保护特性

ISL81807提供了全面的保护功能，包括过压保护（OVP）、欠压保护（UVP）、过温保护（OTP）以及平均和峰值电流限制，确保了系统的高可靠性。当出现过流、过压或过温等异常情况时，控制器能够及时采取措施，保护设备免受损坏。

4. 封装与性能

ISL81807采用32引脚5mm×5mm TQFN封装，该封装使用了散热焊盘（EPAD），提高了热性能和抗噪能力。低引脚数的全功能设计使其成为快速上市的简单电源设计的理想解决方案。

三、引脚信息与功能

ISL81807的引脚设计丰富且功能明确，涵盖了电压误差放大器输出、软启动控制、时钟同步、电流监测等多个方面。例如，COMP1和COMP2引脚用于设置内部电流环的参考，SS/TRK1和SS/TRK2引脚用于软启动或跟踪控制，RT/SYNC引脚用于设置开关频率或与外部时钟同步。每个引脚都有其特定的功能和作用，工程师在设计时需要根据具体需求进行合理连接和配置。

四、电气规格与性能曲线

1. 电气规格

在电气规格方面，ISL81807在宽温度范围（-40°C至+125°C）内表现出色。输入电压范围为4.5V至80V，VDD输出电压为5.3V±10%。在不同的测试条件下，各项参数都有明确的规定，如输入电压范围、电源电流、参考电压精度等。这些规格为工程师在设计时提供了重要的参考依据。

2. 性能曲线

典型性能曲线展示了ISL81807在不同条件下的性能表现，包括关机电流与温度的关系、VDD负载调节和线性调节、开关频率与温度和输入电压的关系等。通过分析这些曲线，工程师可以更好地了解控制器的性能特点，优化设计方案。

五、功能描述与应用

1. 内部调节器与电源管理

ISL81807提供了内部5.3V线性稳压器（VDD）、外部偏置电源（EXTBIAS）和5V线性稳压器（VCC5V）。VDD为栅极驱动器供电，VCC5V为内部功能电路供电。通过合理配置这些电源，可以满足不同的应用需求。同时，VCC5V由上电复位电路监控，确保了系统的稳定性。

2. 软启动与跟踪操作

软启动功能通过调节软启动电容来设置启动时间，有效减轻了启动时的浪涌电流。在双相应用中，软启动控制更加灵活。此外，软启动引脚还可以用于跟踪外部电源，实现输出电压与外部电源的同步变化。

3. 控制环路设计

ISL81807集成了两个相同的升压控制器，采用峰值电流模式PWM控制算法。通过电流感测电阻和RC网络，实现了对电感电流的精确控制。输出电压调节环路和输入平均电流监测与调节环路相互配合，确保了输出电压和输入电流的稳定。

4. 轻载效率提升

通过设置DE和Burst模式，可以提高轻载效率。在轻载条件下，转换器进入二极管仿真模式，当负载电流小于设定值时，进入Burst模式。在Burst模式下，内部窗口比较器控制输出电压，进一步降低了功耗。

5. 频率选择与同步

开关频率的选择需要在效率和元件尺寸之间进行权衡。ISL81807的开关频率可以通过连接到RT/SYNC引脚的电阻进行设置。同时，该引脚还可以与外部时钟或其他ISL81807的CLKOUT/DITHER引脚同步，实现多相操作和频率抖动功能。

6. 并行操作与电流共享

在双相应用中，ISL81807的内部电流共享电路确保了两个相之间的精确电流共享。通过合理连接多个ISL81807控制器，可以实现多相并行操作，提高系统的输出功率和效率。

7. 栅极驱动器与电源良好指示器

ISL81807集成了两个高压驱动器对，为升压FET对提供驱动。固定的死区时间设置确保了上下FET之间的安全切换。电源良好指示器可以监测通道1输出电压的状态，为系统的稳定性提供了保障。

六、保护电路设计

1. 输入欠压锁定（UVLO）

当输入电压低于3.2V时，UVLO保护功能将ISL81807置于复位状态，确保设备在合适的工作电压下运行。

2. VCC5V电源上电复位（POR）

VCC5V的POR上升阈值为4V，下降阈值为3.5V，确保了内部功能电路的稳定供电。

3. 过流保护（OCP）

ISL81807提供了多种过流保护机制，包括输入平均过流保护、逐脉冲峰值电流限制、打嗝式峰值电流保护和逐脉冲负峰值电流限制。这些保护机制可以有效防止设备在过流情况下损坏。

4. 过压保护（OVP）

过压保护设置点为标称输出电压的114%。当出现过压事件时，控制器会尝试将输出电压恢复到正常范围，如无法恢复，则会触发负峰值电流限制，保护设备安全。

5. 过温保护（OTP）

当芯片温度达到+160°C时，过温保护电路将关闭IC，当温度下降到+145°C时，通过软启动循环恢复正常运行。

七、布局指南与元件选择

1. 布局指南

在PCB布局时，需要特别注意开关电源组件和小信号组件的布局。合理的布局可以减少电压尖峰、降低EMI干扰，提高系统的效率和稳定性。例如，将输入电容、电感、升压FET和输出电容等开关电源组件隔离放置，将控制电路与高速开关节点分开布线等。

2. 元件选择

• 功率FET：根据输入电压范围、输出功率要求和热管理考虑选择合适的FET。计算FET的功率损耗，确保其在高温环境下的可靠性。
• 电感：根据输出电压纹波要求选择合适的电感值，电感值决定了纹波电流的大小。
• 输出电容：输出电容的选择需要满足动态调节要求，包括纹波电压和负载瞬态响应。选择低ESR的电容，并确保ESR零在合适的范围内，以提高控制环路的相位裕度。
• 输入电容：输入电容的电压和电流额定值应高于电路的最大要求，使用混合电容来控制电压纹波。

八、总结

ISL81807作为一款高性能的80V双同步升压控制器，具有丰富的功能和出色的性能。它在控制模式、保护功能、软启动和跟踪操作等方面都有独特的设计，适用于多种工业和通用应用场景。电子工程师在设计电源系统时，可以充分利用ISL81807的优势，结合合理的布局和元件选择，实现高效、稳定的电源解决方案。你在使用ISL81807的过程中遇到过哪些问题？或者你对它的哪些功能比较感兴趣？欢迎在评论区分享你的经验和想法。