ISL9120IR：紧凑型高效低功耗降压 - 升压调节器的卓越之选

在电子设备的电源管理领域，一款性能出色的降压 - 升压调节器对于保障设备稳定运行至关重要。今天，我们就来深入了解一下 RENESAS 的 ISL9120IR 降压 - 升压调节器，看看它究竟有哪些独特之处。

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1. 产品概述

ISL9120IR 是一款高度集成的降压 - 升压开关调节器，它能够接受高于或低于调节输出电压的输入电压。该调节器可在降压和升压模式之间自动转换，且不会对输出造成显著干扰。此外，它还具备自动旁路功能，当输入电压通常在输出电压的 1% - 2% 范围内时，VIN 和 VOUT 引脚之间会建立直接旁路连接。同时，通过 BYPS 引脚还能实现强制旁路功能。

2. 关键特性

2.1 宽输入电压范围

输入电压范围为 1.8V 至 5.5V，这使得它能够适应多种不同的电源环境，无论是低电压的电池供电设备，还是较高电压的电源适配器供电设备，都能稳定工作。

2.2 高效节能

采用自适应电流限制脉冲频率调制（PFM）控制架构，能够提供出色的效率，最高可达 98%。在轻载情况下，41µA 的静态电流可最大限度地提高轻载效率。此外，在强制旁路模式下，整个工作温度范围内的电流消耗小于 3.5µA，有效降低了功耗。

2.3 自动模式转换

可在降压和升压模式之间自动无缝转换，确保在输入电压和负载变化时，输出电压始终保持稳定。同时，自动旁路模式功能进一步提高了效率，减少了输出电压纹波。

2.4 输出电流能力

能够提供高达 800mA 的输出电流（ (V{IN}=2.5V)，(V{OUT}=3.3V) ），满足大多数中小功率设备的供电需求。

2.5 全面保护功能

具备过温保护和欠压保护功能，当芯片温度达到 +150°C（典型值）时，调节器会自动关闭；当温度降至 +115°C（典型值）时，设备将恢复正常运行。欠压锁定（UVLO）功能可防止在电源电压过低时出现异常操作。

2.6 小封装设计

采用 3mmx3mm 12 Ld TQFN 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场景。

3. 引脚配置与功能

PIN NUMBER	PIN NAME	DESCRIPTION
1, 12	LX2	电感连接，输出侧。
2	PGND	高开关电流的功率接地。
3, 4	LX1	电感连接，输入侧。
5, 6	VIN	电源输入。范围：1.8V 至 5.5V。需连接 1 个 10µF 电容到 PGND。
7	BYPS	旁路模式使能引脚。高电平为旁路模式，低电平为降压 - 升压模式。
8	GND	模拟接地引脚。
9	EN	逻辑输入，高电平使能设备。
10	FB	电压反馈引脚。
11	VOUT	降压 - 升压输出。需连接 22µF 或 47µF 电容到 PGND。

4. 工作模式

4.1 PFM 操作

在降压模式的 PFM 操作期间，开关 D 持续闭合，开关 C 持续断开，开关 A 和 B 以不连续模式工作。在升压模式的 PFM 操作期间，ISL9120IR 闭合开关 A 和 C 以增加电感中的电流，当电感电流达到电流限制时，关闭开关 A 和 C，然后打开开关 B 和 D，随着电感电流下降，输出电压升高。

4.2 可变峰值电流限制方案

为了在整个输出电流范围内优化效率，ISL9120IR 实现了一种多级电流限制方案，在 350mA 至 2A 之间有 32 个级别。电流限制的切换根据 PFM 脉冲的数量来决定，当脉冲计数达到当前电流限制的上限阈值时，电流限制将切换到下一个更高的级别；反之则切换到下一个更低的级别。

4.3 自动旁路模式操作

当输出电压接近输入电压（通常在 1% - 2% 范围内）时，ISL9120IR 将进入自动旁路模式，实现 VIN 和 VOUT 引脚之间的直接连接，从而提供出色的效率和极低的输出电压纹波。

4.4 强制旁路模式操作

强制旁路模式适用于对输出调节要求不高，但对设备静态电流消耗要求严格的应用场景。例如，当降压 - 升压调节器为 LDO 供电，而 LDO 处于待机模式且输出电流接近零时，将降压 - 升压调节器置于旁路模式可节省 41µA 的静态电流消耗。但需要注意的是，旁路模式没有过流保护，因此在使用时要避免过载或短路，并且不建议在旁路模式下启动。

5. 应用领域

由于其出色的性能和小尺寸封装，ISL9120IR 非常适合以下应用：

• 智能手机和平板电脑：为设备的各个模块提供稳定的电源，满足其对高效、小尺寸电源解决方案的需求。
• 便携式消费和可穿戴设备：低功耗特性延长了设备的电池续航时间，小封装设计则满足了设备小型化的要求。

6. 设计要点

6.1 元件选择

• 电感：应选择具有高频磁芯材料（如铁氧体磁芯）的电感，以最小化磁芯损耗并提供良好的效率。推荐使用饱和电流额定值 ≥2A 的 1µH 电感，并选择低 DCR 的电感以提高效率。在需要最小化辐射噪声的应用中，可以使用环形或屏蔽电感。
• 电容：输入和输出电容应选用具有低 ESL 和 ESR 的陶瓷 X5R 类型。推荐的输入电容值为 10µF，输出电容值为 22µF 或 47µF，并需满足相应的尺寸、温度范围和电压额定值要求。

  6.2 PCB 布局

  正确的 PCB 布局对于 ISL9120IR 的正常运行至关重要。输入和输出电容应尽可能靠近 IC 放置，输入和输出电容的接地连接应尽量短，并位于元件层，以避免高开关电流流经 PCB 过孔引起的问题。

7. 总结

ISL9120IR 作为一款高性能的降压 - 升压调节器，凭借其宽输入电压范围、高效节能、自动模式转换、全面保护功能以及小封装设计等优势，为电子设备的电源管理提供了优秀的解决方案。无论是在智能手机、平板电脑等便携式设备，还是在其他对电源性能和尺寸有要求的应用中，ISL9120IR 都能展现出卓越的性能。电子工程师们在设计电源电路时，不妨考虑一下这款出色的调节器，相信它会给你的设计带来意想不到的效果。你在使用降压 - 升压调节器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。