ISL6744：中间总线PWM控制器的深度解析

在电子设计领域，中间总线PWM控制器是实现高效电源转换的关键组件。今天，我们来深入探讨RENESAS推出的ISL6744中间总线PWM控制器，它为无调节DC/DC转换器提供了出色的解决方案。

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一、ISL6744概述

ISL6744是一款低成本、初级侧、双端控制器，适用于采用全桥和半桥拓扑的无调节DC/DC转换器应用。它是一款电压模式PWM控制器，专为半桥和全桥电源设计。具备精确的开关频率控制、可调软启动、精确的死区时间控制（死区时间低至35ns）以及过流关断等功能。

其先进的BiCMOS设计具有低启动和工作电流，开关频率可调节至1MHz，配备1A FET驱动器，并且传播延迟非常低，能对过流故障做出快速响应。

二、产品信息

1. 订购信息

产品编号	温度范围 (°C)	封装	封装图纸编号
ISL6744AU	-40 至 105	8引脚MSOP	M8.118
ISL6744AUZ (Note)	-40 至 105	8引脚MSOP（无铅）	M8.118
ISL6744AB	-40 至 105	8引脚SOIC	M8.15
ISL6744ABZ (Note)	-40 至 105	8引脚SOIC（无铅）	M8.15

2. 特点

• 精确占空比和死区时间控制：确保电源转换的稳定性和效率。
• 100µA启动电流：降低启动功耗。
• 可调延迟过流关断和重启：增强系统的可靠性。
• 可调振荡器频率高达2MHz：满足不同应用的频率需求。
• 1A MOSFET栅极驱动器：提供足够的驱动能力。
• 可调软启动：减少启动时的应力和浪涌电流。
• 内部过温保护：防止器件过热损坏。
• 35ns控制到输出传播延迟：实现快速响应。
• 小尺寸和最少外部组件数量：简化设计，降低成本。
• 输入欠压保护：保护器件免受欠压影响。
• 无铅加退火（符合RoHS标准）：环保设计。

3. 应用领域

• 电信和数据通信隔离电源
• DC变压器
• 总线转换器

三、电气规格

1. 绝对最大额定值和热信息

热阻（典型值，注1）	θJA (°C/W)
8引脚MSOP
8引脚SOIC	98
最大存储温度范围	-65°C 至 150°C

2. 工作条件

温度范围为 -40°C 至 105°C。需要注意的是，超过“绝对最大额定值”的应力可能会对器件造成永久性损坏。

3. 电气参数

包含电源电压、电流检测、脉冲宽度调制器、振荡器、软启动、输出、热保护等方面的参数。例如，启动电流最大为175µA，工作电流在不同条件下有所不同；过流检测阈值为0.55 - 0.65V等。

四、引脚描述

1. VDD

VDD是IC的电源连接引脚。为了优化抗噪性，应使用陶瓷电容尽可能靠近VDD和GND引脚进行旁路。总电源电流IDD取决于输出OUTA和OUTB的负载。

2. RTD

该引脚用于控制振荡器定时电容的放电电流。通过连接一个电阻到GND，流经电阻的电流决定了放电电流的大小，PWM死区时间由定时电容的放电持续时间决定。

3. CT

振荡器定时电容连接在该引脚和GND之间。

4. CS

这是过流保护比较器的输入引脚。过流比较器阈值标称设置为0.600V。在每个开关周期结束时，CS引脚会短路到GND。

5. GND

作为设备所有功能的参考和电源地，由于存在高峰值电流和高频操作，需要低阻抗布局，建议使用接地平面和短走线。

6. OUTA和OUTB

交替的半周期输出级，每个输出能够提供1A的峰值电流，用于驱动功率MOSFET或MOSFET驱动器，对过冲和下冲具有非常低的阻抗。

7. SS

连接软启动定时电容到GND，用于控制软启动的持续时间。电容值决定了启动期间占空比的增加速率，控制过流关断延迟以及过流和短路打嗝重启周期。

五、功能描述

1. 振荡器

ISL6744的振荡器频率范围可达2MHz，可通过电阻RTD和电容CT进行编程。开关周期可视为定时电容充电和放电持续时间之和。实际时间会因内部电荷和放电电流的影响而略长于计算值。

2. 软启动操作

通过外部电容和内部电流源实现软启动，可减少启动期间的应力和浪涌电流。在软启动期间，占空比从0增加到最大脉冲宽度，当软启动电压超过3.5V时，软启动完成。

3. 栅极驱动

ISL6744能够提供和吸收1A的峰值电流，也可与MOSFET驱动器（如ISL6700）配合使用进行电平转换。为了限制通过IC的峰值电流，可在IC的图腾柱输出（OUTA或OUTB引脚）和MOSFET的栅极之间放置一个外部电阻。

4. 过流操作

软启动周期完成后，过流延迟关断功能启用。如果检测到过流情况，软启动充电电流源将被禁用，软启动电容通过15µA的电流源放电。当软启动电容放电到3.9V时，输出将被禁用，直到软启动电压达到270mV时，新的软启动周期将启动。

5. 热保护

内部温度传感器可在结温超过145°C时保护设备，具有约15°C的滞后。

6. 接地平面要求

良好的接地平面对于设备的正常运行至关重要，VDD应通过良好的高频电容直接旁路到GND。

六、典型应用

1. 应用电路

典型应用原理图展示了ISL6744在无调节半桥DC/DC转换器配置中的应用，通常称为DC变压器或总线转换器。输入电压为48V ±10% DC，输出在输入电压为48V时标称值为12V，输出额定电流为8A。

2. 电路元件

包括输入滤波、半桥电容、隔离变压器、初级缓冲器、启动偏置调节器、电源旁路组件、主MOSFET功率开关、电流检测网络、控制电路、输出整流和滤波、次级缓冲器、FET驱动器、自举组件以及零电压开关（ZVS）谐振延迟（可选）等功能块。

3. 设计规格

• 开关频率：235kHz
• 输入电压：48 ± 10% V
• 输出电压：12V（标称）
• 输出电流：8A（稳态）
• 输出功率：100W
• 效率：95%
• 纹波：1%

七、变压器设计

1. 设计过程

• 选择适合应用的磁芯几何形状。
• 确定匝数比。
• 选择合适的磁芯材料。
• 选择所需的最大磁通密度。
• 选择磁芯尺寸。
• 确定初级匝数。
• 选择每个绕组的线规。
• 确定绕组顺序和绝缘要求。
• 验证设计。

2. 具体设计

对于本应用，选择了平面结构以实现低轮廓设计，采用了TDK的PC44HPQ20/6 “E - Core” 加PC44PQ20/3 “I - Core” 作为变压器磁芯。匝数比N = 2，根据法拉第定律确定初级匝数为4，次级匝数为2。同时，还需要考虑铜箔厚度、直流铜损等因素，为了提高效率和热性能，可选择更重的铜箔重量。

八、MOSFET选择

1. 选择标准

主要基于器件的电流和电压额定值，同时不能忽视FET的漏源电容和栅极电荷。

2. 具体选择

• 对于初级侧半桥FET，选择了Fairchild FDS3672 FET，额定电压为100V，额定电流为7.5A。
• 对于次级侧同步整流FET，使用了两个Fairchild FDS5670器件并联，额定电压为60V，额定电流为10A。

九、振荡器组件选择

1. 频率确定

转换器的期望工作频率为235kHz，振荡器频率是转换器频率的两倍。

2. 关键设计目标

确定实现零电压开关（ZVS）所需的放电时间是选择定时组件的关键设计目标。通过测量、计算等方法确定变压器的初级漏电感、FET的Coss、变压器的寄生绕组电容等参数，进而计算出ZVS过渡时间。

在实际设计中，大家是否也遇到过类似的组件选择和参数计算问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。