深入剖析ISL9237EVAL2Z评估板：特性、应用与操作指南

在电子设计领域，一款性能卓越的充电器评估板能为工程师们提供极大的便利。今天，我们就来详细探讨ISL9237EVAL2Z评估板，它专为展示ISL9237充电器的性能而设计，在移动和工业应用中具有广泛的应用前景。

文件下载：ISL9237EVAL2Z.pdf

一、ISL9237芯片特性

ISL9237是一款采用Intersil先进 (R3TM) 技术的降压 - 升压窄输出电压直流（NVDC）充电器。它具有以下显著特性：

1. 高效性能：具备高光负载效率、快速瞬态响应以及无缝的DCM/CCM转换，能满足多种移动和工业应用的需求。
2. 宽输入范围：在充电模式下，可从4V至20V的宽范围直流电源获取输入功率，如传统的AC/DC充电器适配器、USB PD端口、旅行适配器等。
3. 多电池支持：支持1 - 3节锂离子电池的充电，还具备充电结束（EOC）选项。
4. OTG功能：支持2节和3节电池应用的即插即用（OTG）功能，开启OTG功能时，可在USB端口提供5V电压。
5. 通信与编程：通过 (SMBus / I^{2} C) 进行串行通信，可对许多关键参数进行编程，如适配器电流限制、充电器电流限制、系统电压设置和涓流充电电流限制等。

二、评估板规格与关键特性

规格参数

• 输入电压 (V_{IN})：3.8V至24V（无死区）
• 输出电压 (V_{OUT})：2.5V至12.6V
• 最大充电电流：可达6A
• 开关频率 (f_{SW})：最大1MHz

关键特性

1. 多种电池支持：适用于1 - 3节锂离子电池的降压 - 升压NVDC充电器。
2. 系统监测：具备系统功率监测PSYS输出，符合IMVP - 8标准；还有PROCHOT#开漏输出，同样符合IMVP - 8标准。
3. 涓流充电：允许对耗尽的电池进行涓流充电。
4. 可选控制：具备可选的ASGATE FET控制和Turbo模式下的理想二极管控制。
5. 多种工作模式：支持反向降压、升压和降压 - 升压操作，还有两级适配器电流限制和电池运输模式选项。
6. 通信兼容性：与SMBus和自动递增 (I^{2} C) 兼容。

三、评估所需设备与软件

推荐设备

• 0V至25V电源，至少具备6A的源电流能力。
• 能够吸收高达6A电流的电子负载。
• 能够吸收和提供高达6A电流的电池模拟器。
• 数字万用表（DMMs）。
• 100MHz四通道示波器。

软件要求

ISL9237评估板需要搭配特定软件使用，该软件可在官方网站获取，包含ISL9237评估软件、SMBus USB驱动README文件和软件安装指南。

四、功能描述与操作指南

功能概述

ISL9237EVAL2Z评估板提供了评估ISL9237特性所需的所有电路，如可调输出电压、OTG模式、耗尽电池的涓流充电模式以及降压、升压和降压 - 升压模式下的系统功率监测等功能。

快速启动指南

通过将标准1% 0603电阻（(R_{23})）从PROG引脚连接到GND，可配置电池串联数量和适配器电流限制的默认值。这些值也可通过SMBus控制寄存器进行更改。评估板上的三个LED分别指示ACOK、PROCHOT和OTGPG/CMOUT状态。

关键功能评估步骤

1. 系统电压调节
   • 设置电源为5V，输出禁用，将正极连接到J1，负极连接到J2。
   • 确保跳线JP3、JP4和JP6短路，SW1和SW2切换到低位置。
   • 开启电源，使用DMM测量VSYS，应读数为8.38V，电源上的电流表读数应小于100mA。缓慢将 (V_{IN}) 从5V增加到15V，监测PH1和PH2，观察从升压模式到降压 - 升压模式，最终到降压模式的无缝切换。
2. 输入电流限制调节
   • 保持 (V_{IN}) 在3.8V至24V之间的恒定值，设置电池模拟器电压为7.8V，将电池模拟器输出连接到电池引线J5和J6，开启电池模拟器，此时电池无充放电电流，与BGATE信号的高电压电平一致。
   • 在VSYS和GND端子J3和J4上添加电负载，开启负载并缓慢增加负载，输入电流相应增加，VSYS保持在8.38V稳定。当输入电流达到1.5A输入电流限制时，输出电压（VSYS）将开始下降。
3. 充电模式
   • 设置电源在3.8V至24V之间的恒定值，执行“系统电压调节”中的步骤1和2，确保输入电流未达到限制。
   • 设置电池模拟器电压为7.8V，将电池模拟器输出连接到电池引线J5和J6。
   • 在USB端口连接USB电缆用于SMBus通信，LED 1、2和3均亮起。
   • 开启电源，LED 3熄灭，然后开启电池模拟器并打开Intersil ISL9237 GUI。
   • 选择“2 Cell”并点击“Write All”按钮，所有控制器寄存器值相应设置为默认值，系统电压为8.4V。将“ChargeCurrentLimit”从0A更改为2A，然后点击“Write”按钮，电池开始以2A电流充电，可通过点击“Read”按钮在GUI中监测充电电流值，监测BGATE信号状态确认电池处于充电模式。
4. 涓流充电模式
   • 执行“充电模式”中的步骤1至5。
   • 降低电池模拟器电压并监测电池充电电流，当电池模拟器电压小于5.2V（低于SystemMinVoltage）时，电池进入涓流充电模式，充电电流降至0.26A，涓流充电电流值可通过SMBus控制寄存器更改。
5. OTG模式
   • 设置电池模拟器电压在5.8V至15V之间的恒定值，输出禁用，将电池引线J5和J6连接。
   • 在电源引线J1和J2上连接电负载，输出禁用。
   • 在USB端口连接USB电缆用于SMBus通信，只有LED 1亮起。开启电池模拟器和电负载，不添加任何负载。
   • 打开Intersil ISL9237 GUI，设置OTG电压和电流限制值。
   • 选择“Control1&2 registers”选项卡，在Control1寄存器中启用OTG功能，然后点击“Write”按钮。
   • 将评估板上的SW2切换到HI位置，负载电压调节为设置的OTG电压值，LED 3亮起，表示OTG功能已启用。缓慢增加电负载并监测负载电压，只要负载电流小于OTG电流限制值，负载电压将调节到设置值。

五、PCB布局指南

评估板的PCB布局对于性能至关重要，不同引脚有不同的布局要求：

1. BOTTOM PAD GND：通过低阻抗路径将接地焊盘连接到接地平面，建议使用至少五个过孔连接到PCB中的接地平面，以确保IC下方有足够的散热。
2. 电流传感引脚：如CSON、CSOP、CSIN、CSIP等，从电池或适配器电流传感电阻的两端引出两条宽度合适的专用走线并行连接到IC，并在控制器附近放置差模和共模RC滤波组件。
3. 开关引脚：如BOOT1、BOOT2、UGATE1、UGATE2、LGATE1、LGATE2等，应在控制器附近放置相关电容，使用宽度合适的走线，并避免敏感模拟信号走线交叉或靠近。
4. 信号引脚：如VSYS、VDDP、VDD等，应在控制器附近放置可选的RC滤波组件，使用专用走线连接到相应引脚，避免与开关走线或其他信号走线共用。

六、典型性能

文档中提供了多种模式下的典型性能图表，如升压模式、降压 - 升压模式、降压模式下的输出电压环路到适配器电流环路的过渡，以及OTG模式下的性能等。这些图表展示了评估板在不同工作条件下的性能表现，为工程师们提供了参考。

ISL9237EVAL2Z评估板为工程师们提供了一个全面评估ISL9237充电器性能的平台。通过了解其特性、操作指南和PCB布局要求，工程师们可以更好地利用该评估板进行产品设计和开发，你在使用类似评估板的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。