ISL8012 2A低静态电流1MHz高效率 同步降压调节器

ISL8012是一种高效、单片、同步的降压型DC/DC转换器，可连续输出高达2A2.7V至5.5V输入电源的输出电流。它使用电流在以下位置提供极低占空比运行的控制体系结构高频瞬态响应快，回路优良稳定。ISL8012集成了一对低导通电阻P通道和N通道内部mosfet，以最大限度地提高效率和最小化外部组件计数。100%占空比在2A输出时，操作允许小于240mV的压降当前。高1MHz脉冲宽度调制（PWM）开关频率允许使用小型外部组件。ISL8012可以配置为不连续或强制轻载连续运行。强制连续运行减少非连续模式下的噪声和射频干扰通过减少光开关损耗提供高效率荷载。故障保护由内部电流限制在短路和过电流条件，输出过电压比较器和过温监测电路。权势商品输出电压监视器指示输出何时处于调节状态。ISL8012在通电时提供1毫秒电源良好（PG）计时器。停机时，ISL8012会对输出电容器放电。其他特点包括内部软启动，内部补偿，过电流保护和热关机。ISL8012采用节省空间的3mmx3mm 10 Ld DFN包装用无铅包装，带有外露的衬垫引线框架热的。整个转换器占用不到0.35in2区域。

特征

高达95%的高效同步降压调节器效率

功率良好（PG）输出，延时1毫秒

2.7V至5.5V电源电压

超过温度/负载/线路3%的输出精度

2A保证输出电流

以预偏压输出启动

内部软启动-1毫秒

禁用期间软停止输出放电

PFM模式下40微安静态电源电流

可选的强制脉冲宽度调制模式和功率因数调制模式

逻辑控制关闭电流小于1微安

100%最大占空比

内部电流模式补偿

峰值电流限制和打嗝模式短路保护

过热保护

小10 Ld 3mmx3mm DFN

无铅（符合RoHS）

应用

DC/DC POL模块

μC/μP、FPGA和DSP电源

路由器和交换机的插入式DC/DC模块

便携式仪器

测试和测量系统

锂离子电池供电设备

小尺寸（SFP）模块

条形码阅读器

绝对最大额定值（参考GND）热信息

车辆识别号，VCC。-0.3伏至6伏

EN、RSI、PG。-0.3V至车辆识别号+0.3V

LX。-1.5伏（100毫微秒）/-0.3伏（直流）至6.5伏

心室颤动。-0.3伏至2.7伏

推荐操作条件

车辆识别号电源电压范围。2.7伏至5.5伏

负载电流范围。0A至2A

环境温度范围。-40°C至+85°C

静电放电额定值

人体模型。5千伏

机器型号。300伏

热阻（典型值）θJA（℃/W）θJC（℃/W）

10 Ld 3x3 DFN（注4、5）。49 5.5条

结温范围。-55°C至+125°C

储存温度范围。-65°C至+150°C无铅回流曲线。

注意：不要在列出的最大额定值下或附近长时间运行。暴露在这些条件下可能对产品产生不利影响可靠性，导致不在保修范围内的故障。

笔记：

4.θJA在自由空气中测量，部件安装在具有“直接连接”功能的高效导热测试板上。

5.对于θJC，“外壳温度”位置是包装底部外露金属垫的中心。

电气规范，除非另有说明，所有参数限值均在推荐的操作条件下确定，并且典型规格在以下条件下测量：TA=-40°C至+85°C，VIN=3.6V，EN=VCC，除非另有说明。典型值为在TA=+25°C时。黑体限制适用于-40°C至+85°C的工作温度范围

电气规范，除非另有说明，所有参数限值均在推荐的操作条件下确定，并且典型规格在以下条件下测量：TA=-40°C至+85°C，VIN=3.6V，EN=VCC，除非另有说明。典型值为在TA=+25°C时。黑体限制适用于工作温度范围，-40°C至+85°C。（续）

笔记：

6.通过表征确定的限值，不进行生产测试。

7.除非另有规定，否则具有最小和/或最大限值的参数在+25°C下进行100%测试。通过表征确定的温度限值也不是生产测试。

典型工作性能（除非另有说明，否则工作条件为：TA=+25°C，VVIN=2.5V至5.5V，EN=车辆识别号，模式=0V，L=2.2μH，C1=2x10μF，C2=2x10μF，IOUT=0A至2A）。

典型工作性能（除非另有说明，否则工作条件为：TA=+25°C，VVIN=2.5V至5.5V，EN=车辆识别号，模式=0V，L=2.2μH，C1=2x10μF，C2=2x10μF，IOUT=0A至2A）。（续）

操作理论

ISL8012是一个降压开关调节器电池供电的手持应用。调节器在在重负荷条件下的固定开关频率为1MHz允许使用较小的外部电感和电容器最小印刷电路板（PCB）面积。轻载时，调节器降低开关频率（除非强制到频率）以最小化开关损耗并最大化电池寿命。输出未加载时的静态电流为通常只有40微安。当调节器关闭。PWM控制方案将模式引脚拉低（<0.4V）将迫使转换器进入脉宽调制模式，与输出电流无关。ISL8012使用电流型脉冲宽度调制（PWM）控制方案快速瞬态响应和逐脉冲限流。图2显示框图。电流环由振荡器组成，PWM比较器、电流传感电路及斜坡电流环稳定性补偿。电流增益感测电路通常为285mV/A电流回路来自误差放大器（EAMP）的输出。脉冲宽度调制操作由振荡器的时钟初始化。这个P沟道MOSFET在PWM周期开始时开启MOSFET中的电流开始上升。当电流放大器CSA和斜率补偿（675mV/μs）达到电流回路的控制基准，即比较器COMP向PWM逻辑发送信号以关闭P-MOSFET和开启N沟道MOSFET。N-MOSFET保持打开，直到脉冲宽度调制周期结束。图32显示了典型的脉宽调制操作期间的工作波形。虚线说明斜坡补偿斜坡和电流检测放大器的CSA输出。输出电压通过控制VEAMP电压来调节到当前循环。带隙电路输出0.8V参考电压电压回路的电压。反馈信号来自VFB引脚。软启动块仅影响启动和将单独讨论。

误差放大器是转换电压误差信号的跨导放大器电流输出。电压回路内部补偿使用27pF和390kRC网络。最大EAMP电压输出精确地固定在1.47V。跳过模式将模式引脚拉高（>1.4V）会迫使转换器进入PFM模式。ISL8012在轻载时进入脉冲跳过模式通过降低开关频率来减小开关损耗。图说明了跳过模式操作。零叉图2所示的传感电路监测N-MOSFET电流为了过零。当电感连续8个周期时检测到电流过零，调节器进入跳脱模式。在8个检测周期内，电感中的电流为允许变成阴性。当任何周期中的电流都不会过零。一旦进入跳过模式，脉冲调制开始由图2所示的跳过比较器控制。每个脉冲周期仍由PWM时钟同步。P-MOSFET被转动在时钟上升沿打开，当输出为高于额定值的1.5%或当其电流达到峰值跳过电流限制值。然后电感电流放电到零安培并保持在零。内部时钟是已禁用。由于负载的关系，输出电压逐渐降低输出电容放电电流。当输出电压下降到额定电压，P-MOSFET将再次开启在内部时钟的上升沿重复上一个时钟操作。当输出电压比额定电压低1.5%。

模式控制

ISL8012有一个控制操作模式的模式引脚。当模式引脚被驱动到低电平或对地短路时调节器在强制脉冲宽度调制模式下工作。强制脉宽调制模式在轻载时保持固定的脉宽调制频率，而不是进入跳过模式。过电流保护过电流保护通过监控CSA实现用OCP比较器输出，如图2所示。电流感应电路的增益为285mV/a，来自P-MOSFET电流到CSA输出。当CSA输出达到1V时，即相当于开关电流的2.9A（0.15V偏移），OCP比较器跳闸以立即关闭P-MOSFET。这个过电流功能保护开关转换器免受通过监测流过上MOSFET。一旦检测到过电流情况，上MOSFET将立即关闭，直到下一个切换周期。短路保护短路保护SCP比较器监控VFB引脚输出短路保护电压。当VFB较低时大于0.2V时，SCP比较器强制脉冲宽度调制振荡器频率降到最小值以降低功率消散。该比较器在启动或输出短路事件。RSI/PG功能通电时，开路集电极功率良好输出保持VO达到预设电压后低约1毫秒。当发出主动高复位信号RSI，PG立即变低在RSI恢复到低。输出电压不受影响。请参考时间图中的图表。不使用该功能时，连接RSI接地并在PG引脚处保持上拉电阻器R4打开。PG输出还用作1毫秒延迟功率良好信号安装上拉电阻器R1时。RSI针需要直接（或通过电阻器间接）接地PG将积极监测输出电压。

软启动

软启动减少了启动过程中的涌入电流。软启动块向误差放大器。这个电压斜坡将电感电流限制为以及输出电压的速度，使输出电压上升以可控的方式。当VFB低于0.2V时软启动开始时，开关频率降低到标称值的1/3，以便启动输出轻载时平稳。在软启动期间，IC工作在跳过模式下支持预偏置输出条件。启用启用（EN）输入允许用户控制开启或关闭调节器，用于通电顺序等目的。当调节器启用时，通常有600微秒的延迟唤醒带隙基准然后软启动开始。放电模式（软停止）当切换到关机模式或车辆识别号（VIN）低电压时设置，输出通过内部100放电到GND切换。功率金氧半电晶体功率mosfet经过优化以获得最佳效率。这个P-MOSFET的导通电阻通常为120m，并且N-MOSFET的导通电阻通常为110m。100%占空比ISL8012具有100%占空比操作，以实现最大化电池寿命。当电池电压降至ISL8012无法再保持输出时的调节稳压器完全打开P-MOSFET。最大值在100%占空比操作下的压降为负载电流和P-MOSFET。热关机ISL8012具有内置的热保护。当内部温度达到+140°C，调节器完全关闭向下。当温度降至+115°C时，ISL8012恢复工作通过单步执行软启动操作。应用程序信息输出电感和电容的选择考虑稳态和瞬态操作，ISL8012通常使用2.2μH的输出电感。高低电感值可以用来优化整个变换器系统表演。例如，对于更高的输出电压3.3V应用，以减少电感电流纹波和输出电压纹波大，可提高输出电感值。建议设置纹波电感电流约30%的最大输出电流用于优化表演。电感纹波电流可以表示为如方程式1所示：

电感的饱和电流额定值至少需要为大于峰值电流。ISL8012保护典型的峰值电流3A。饱和电流需要大于4A最大输出电流应用。ISL8012使用内部补偿网络和输出电容值取决于输出电压。陶瓷建议电容器为X5R或X7R。建议X5R或X7R最小输出电容值如所示表1。

在表1中，给出了不同的输出电压，以确保整个转换器系统稳定。最大输出电容器应为限制在50微F或以下。输出电压选择调节器的输出电压可以通过外部电阻分压器，用于测量输出电压相对于内部参考电压并反馈给误差放大器的反向输入。参见图1。输出电压编程电阻器R3将取决于为反馈电阻和所需输出选择的值调节器的电压。反馈电阻的值为通常在10k和100k之间，如等式2所示。

如果所需的输出电压为0.8V，则R3不受欢迎R2短路。为了获得更好的性能，并行添加220pF带R2（124k输入电容器选择输入电容器的主要功能是寄生电感的解耦和滤波防止开关电流回流至电池导轨。两个10μF X5R或X7R陶瓷电容器是一个好的输入电容器选择的起点。布局建议布局是转换器设计的一个非常重要的步骤，以确保所设计的变换器工作良好。为ISL8012美元功率环由输出电感L组成，输出电容器COUT，LX引脚和SGND引脚。有必要使电源回路尽可能小。集成电路的热量主要通过热垫耗散。最大化连接到热epad的铜面积是更好。另外，在第二层上有一个坚实的地面对电磁干扰性能有帮助。然后将epad连接到具有至少5个通孔的地平面，以获得最佳的热性能