探索 ISL6539EVAL2：双开关稳压器解决方案的深度剖析

在电子设计领域，双开关稳压器解决方案一直是工程师们关注的焦点。今天，我们将深入探讨 ISL6539EVAL2 评估板，它基于 ISL6539 芯片，为双开关稳压器设计提供了一个全面且灵活的平台。

文件下载：ISL6539EVAL2.pdf

ISL6539 芯片概述

ISL6539 是一款功能强大的芯片，能够为两个独立的开关稳压器提供完整的解决方案。它可以配置为双开关稳压器或 DDR 稳压器，本文将重点关注其作为双开关稳压器的应用。

作为双稳压器，ISL6539 为两个独立的电源轨提供控制和保护。两个稳压器的开关频率固定在 300kHz，并且两个通道可以进行 180° 的相移，以最大程度减少相互干扰。此外，它还采用了电压前馈斜坡调制、电流模式控制和内部反馈补偿技术，能够对输入电压和输出负载瞬变做出快速响应。同时，两个通道都提供了 PGOOD 信号，方便工程师进行状态监测。

芯片的保护功能也十分完善，包括欠压和过压保护，以及利用下 MOSFET 的 rDS(ON) 实现的可编程过流保护。更多关于 ISL6539 的详细信息可以在其数据手册中找到。

快速启动评估

ISL6539EVAL2 评估板开箱即用，盒子里包含了本应用笔记、ISL6539 数据手册和评估板本身。该评估板支持使用实验室电源进行测试，两个稳压输出可以通过外部负载进行测试。在两个稳压输出轨上有用于连接负载和监测电压的接口，还有两个 LED 指示灯用于指示各个通道的 PGOOD 信号状态。此外，还有四个示波器探头测试点，方便进行深入分析，同时提供了四个跳线用于控制和监测。

推荐测试设备

为了全面测试 ISL6539 的功能，推荐使用以下设备：

• 两个实验室电源
• 两个电子负载
• 带有探头的四通道示波器
• 精密数字万用表

电路设置

跳线设置

评估板上有四个跳线，每个跳线都有特定的功能：	JUMPER	POSITION	FUNCTION
JP1	Toward VINPRG *	将 VIN 引脚连接到输入电压以进行前馈补偿
Away from VINPRG	将 VIN 引脚连接到 GND，禁用输入电压前馈补偿
JP2	Shunted *	可在这些引脚之间连接电流表以测量 IC 和栅极驱动电流
JP5	Shunted *	启用通道 1
Removed	禁用通道 1
JP6	Shunted *	启用通道 2
Removed	禁用通道 2
JP7	Shunted *	通道 1 和通道 2 的输入轨统一
Removed	通道 1 和通道 2 的输入轨独立
* 表示默认配置

连接负载

两个稳压输出轨既可以提供负载电流，也可以吸收负载电流。以下是正确加载每个轨的方法：

• VOUT1 加载 - 提供电流：将电子负载的正极端子连接到 VOUT1 接口（J5），将同一负载的返回端子连接到相邻的 GND 接口（J8）。
• VOUT1 加载 - 吸收电流：为了在稳压器吸收电流时测试该通道，将电子负载的正极端子连接到 VIN1 接口（J3），将同一负载的返回端子连接到 VOUT1 接口（J5）。需要注意的是，负载的返回端子必须浮空才能正常工作。
• VOUT2 加载 - 提供电流：将电子负载的正极端子连接到 VOUT2 接口（J6），将同一负载的返回端子连接到相邻的 GND 接口（J7）。
• VOUT2 加载 - 吸收电流：为了在稳压器吸收电流时测试该通道，将电子负载的正极端子连接到 VIN2 接口（J2），将同一负载的返回端子连接到 VOUT2 接口（J6）。同样，负载的返回端子必须浮空。

连接探头

表 2 列出了所有可用于监测的位置。示波器探头测试点提供低阻抗接地连接，所有 GND 接口都可以用作探头的接地连接。	TYPE	VOLTAGE	LOCATION
POST	V OUT1	J5
V OUT2	J6
V PGOOD1	J10
V PGOOD2	J13
V CC	J4
V EN1	J11
V EN2	J12
V IN1	J3
V IN2	J2
GND	J1, J7, J8, J9, J14
SCOPE PROBE TEST POINT	V OUT1	TP2
V OUT2	TP1
V PHASE1	TP4
V PHASE2	TP3

连接电源

在将电源连接到评估板之前，应先关闭电源或禁用其输出。

• VCC 电源连接：将实验室电源的正极端子连接到 VCC 接口（J4），将同一负载的返回端子连接到相邻的 GND 接口（J14）。VCC 电压应为 5V。
• VIN1 电源连接：将实验室电源的正极端子连接到 VIN1 接口（J3），将同一负载的返回端子连接到相邻的 GND 接口（J1）。该电源的设置范围为最小 (1.2*VOUT1) 到最大 18V。
• VIN2 电源连接：将实验室电源的正极端子连接到 VIN2 接口（J2），将同一负载的返回端子连接到相邻的 GND 接口（J14）。该电源的设置范围为最小 (1.2*VOUT2) 到最大 18V。

如果跳线 JP7 短路，则只需在一个输入电压接口上施加电压。需要注意的是，可以使用一个 5V 电源同时为所有三个轨供电。

操作步骤

启用稳压器

可以通过简单地短路跳线 J5 和 J6 分别启用通道 1 和通道 2。或者，在跳线保持打开的情况下，可以使用外部信号发生器通过 EN1 接口（J11）或 EN2 接口（J12）启用任一通道。

施加电源

必须在打开或启用 VCC 电源之前打开或启用 VIN 电源。同样，必须在禁用或关闭 VCC 电源之后禁用或关闭 VIN 电源。如果 VIN 轨由提供 VCC 的同一电源供电，则此规则不适用。

PGOOD 状态 LED 将直观显示 (VOUT1) 和 VOUT2 稳压器的电平。表 3 描述了 LED 的两种状态：	LED	CONDITION	RESULT
CR1	Green	V OUT1 在 PGOOD 范围内
Red	V OUT1 超出 PGOOD 范围
CR1	Green	V OUT2 在 PGOOD 范围内
Red	V OUT1 超出 PGOOD 范围

检查波形

上电复位（POR）后立即启动。使用示波器或其他实验室设备，可以研究输出的斜坡上升和/或调节以及稳压器操作的其他方面。可以通过使用电子负载来加载输出，当然，其他方法也同样可行。

评估板设计

总体设计

评估板采用 2 盎司、四层印刷电路板构建。该板设计为在室温下自然对流冷却的条件下，两个稳压输出轨能够支持 5A 的连续负载。

评估板性能

• 上电：当 VCC 电压超过 POR 电平，ISL6539 将开始软启动程序。图 2 显示了两个稳压轨从 POR 开始的启动情况。
• 输出纹波：图 4 显示了两个稳压器输出的纹波，说明了两个稳压器之间的 180° 相移。
• 瞬态性能：图 5 显示了每个稳压器在受到单独的瞬态负载应力时的响应。
• 效率：图 6 显示了各个稳压器的效率，这些效率是在互补稳压器禁用的情况下测量的，ISL6539 的功耗不包括在效率曲线中。

评估板定制

设计师可以根据不同的需求对 ISL6539EVAL2 评估板进行多种修改，例如：

• 更改 (Vout1) 和 VOUT2 稳压器的输出电感 L1 和 L2。
• 改变输入电容，评估板出厂时配备了两个 10µF 陶瓷电容 C2 和 C3 作为输入电容，在 C1 位置预留了安装 10mm 直径通孔铝电解电容的位置。
• 修改任一稳压器的输出电容，评估板每个稳压器的输出配备了一个 220µF 电容，VOUT1 稳压器有两个空位 C12 和 C13，VOUT2 稳压器有两个空位 C14 和 C15。
• 通过 OCSET 电阻 R10 和 R11 分别编程 VOUT1 和 VOUT2 稳压器的过流跳闸点，具体细节可参考 ISL6539 数据手册。
• 改变 C18 和 C19 的值将改变软启动期间输出的上升时间，具体细节可参考 ISL6539 数据手册。
• 通过更换 MOSFET U2 和 U3 为具有更高电流处理能力的器件，可以增加任一轨的负载能力。如果这样做，可能需要修改 ISEN 电阻值 R4 和 R5，同时也需要重新评估过流电阻值 R10 和 R11，具体计算方法可参考 ISL6539 数据手册。
• 通过改变电阻 R12 可以修改 (V_{OUT1}) 稳压器的输出电压，通过改变电阻 R13 可以修改 VOUT2 的输出电压，具体细节可参考 ISL6539 数据手册。

总结

ISL6539EVAL2 是一个多功能的平台，使设计师能够全面了解 ISL6539 作为双电压稳压器的功能。该板还具有足够的灵活性，允许设计师根据不同的需求进行修改。文档的后续页面提供了原理图、物料清单和布局图，以支持该解决方案的实施。

你在使用 ISL6539EVAL2 评估板的过程中遇到过哪些问题？或者你对双开关稳压器的设计有什么独特的见解？欢迎在评论区分享你的经验和想法。