ISL6740和ISL6741：靈活的雙端電壓和電流模式PWM控制器

在電源轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，高效、可靠且靈活的控制器至關(guān)重要。今天，我們就來(lái)深入探討一下RENESAS的ISL6740和ISL6741這兩款可調(diào)頻率、低功耗的脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制器。

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產(chǎn)品概述

ISL6740和ISL6741分別為電壓模式（ISL6740）和電流模式（ISL6741）控制器，適用于半橋、全橋和推挽配置的各種電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用。它們具有一個(gè)極其靈活的振蕩器，能精確控制頻率、占空比和死區(qū)時(shí)間。這種先進(jìn)的BiCMOS設(shè)計(jì)具有低工作電流、高達(dá)1MHz的可調(diào)開(kāi)關(guān)頻率、可調(diào)軟啟動(dòng)、內(nèi)部和外部過(guò)溫保護(hù)、故障報(bào)警以及雙向SYNC信號(hào)等特點(diǎn)，可將振蕩器鎖定到并聯(lián)單元或外部時(shí)鐘，適用于對(duì)噪聲敏感的應(yīng)用。

應(yīng)用領(lǐng)域

• 電信和數(shù)據(jù)通信電源：確保通信設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。
• 無(wú)線(xiàn)基站電源：為基站提供可靠的電力支持。
• 文件服務(wù)器電源：保障服務(wù)器的穩(wěn)定供電。
• 工業(yè)電源系統(tǒng)：滿(mǎn)足工業(yè)設(shè)備的電源需求。
• 直流變壓器和總線(xiàn)調(diào)節(jié)器：實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)。

產(chǎn)品特性

• 精確的占空比和死區(qū)時(shí)間控制：能精確調(diào)節(jié)輸出，提高電源轉(zhuǎn)換效率。
• 低啟動(dòng)電流：僅95μA，降低功耗。
• 可調(diào)延遲過(guò)流關(guān)斷和重啟（ISL6740）：增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
• 可調(diào)短路關(guān)斷和重啟：保護(hù)電路免受短路損壞。
• 可調(diào)振蕩器頻率高達(dá)2MHz：滿(mǎn)足不同應(yīng)用的頻率需求。
• 雙向同步：方便多個(gè)單元同步工作。
• 抑制信號(hào)：可靈活控制電路的開(kāi)啟和關(guān)閉。
• 內(nèi)部過(guò)溫保護(hù)：防止芯片因過(guò)熱損壞。
• 使用熱敏電阻或傳感器的系統(tǒng)過(guò)溫保護(hù)：提供額外的溫度保護(hù)。
• 可調(diào)軟啟動(dòng)：減少啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流。
• 可調(diào)輸入欠壓鎖定：防止在欠壓情況下工作。
• 故障信號(hào)：及時(shí)反饋電路故障信息。
• 緊密的電壓參考：在不同的線(xiàn)路、負(fù)載和溫度條件下保持穩(wěn)定。
• 無(wú)鉛（符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)）：環(huán)保且符合相關(guān)法規(guī)要求。

引腳配置與功能

引腳配置

ISL6740和ISL6741采用16引腳SOIC或16引腳TSSOP封裝，每個(gè)引腳都有其特定的功能。例如，VDD是電源連接引腳，SYNC用于雙向同步，RTC和RTD分別控制振蕩器定時(shí)電容的充電和放電電流等。

引腳功能

• VDD：為IC提供電源，需用陶瓷電容旁路到GND以?xún)?yōu)化抗噪性。
• SYNC：雙向同步信號(hào)，可協(xié)調(diào)多個(gè)單元的開(kāi)關(guān)頻率。
• RTC：控制振蕩器定時(shí)電容的充電電流。
• RTD：控制振蕩器定時(shí)電容的放電電流。
• CT：連接振蕩器定時(shí)電容。
• ERROR：PWM比較器的反相輸入，控制占空比。
• OTS：過(guò)溫關(guān)斷比較器的同相輸入，可監(jiān)測(cè)溫度或其他參數(shù)。
• FAULT：故障信號(hào)輸出，在輸出禁用時(shí)置高。
• UV：欠壓監(jiān)測(cè)輸入引腳，用于輸入源欠壓鎖定和抑制功能。
• CS：電流感測(cè)比較器的輸入，用于峰值電流模式控制和過(guò)流保護(hù)。
• GND：參考和電源地，需采用低阻抗布局。
• OUTA和OUTB：交替半周期輸出級(jí)，可驅(qū)動(dòng)邏輯電平功率MOSFET或MOSFET驅(qū)動(dòng)器。
• VREF：5.00V參考電壓輸出，需用陶瓷電容旁路到GND。
• SS：連接軟啟動(dòng)定時(shí)電容，控制軟啟動(dòng)時(shí)間。
• SCSET：設(shè)置對(duì)應(yīng)短路條件的占空比閾值。

工作原理與特性

振蕩器

ISL6740和ISL6741的振蕩器可編程頻率范圍可達(dá)2MHz，通過(guò)兩個(gè)電阻（RTC和RTD）和一個(gè)電容（CT）進(jìn)行編程。開(kāi)關(guān)周期由定時(shí)電容的充電和放電時(shí)間決定，可通過(guò)公式計(jì)算。同步功能可通過(guò)外部時(shí)鐘或連接多個(gè)IC的SYNC引腳實(shí)現(xiàn)，但自同步不建議用于高于900kHz的振蕩器頻率。

軟啟動(dòng)操作

采用外部電容和內(nèi)部電流源實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，可減少啟動(dòng)時(shí)的應(yīng)力和浪涌電流。啟動(dòng)時(shí)，軟啟動(dòng)電路將誤差電壓輸入間接鉗位到軟啟動(dòng)電壓，隨著軟啟動(dòng)電容電壓的增加，輸出脈沖寬度增加，占空比從0逐漸增加到調(diào)節(jié)脈沖寬度。

過(guò)流操作

• ISL6740：軟啟動(dòng)完成后，過(guò)流延遲關(guān)斷功能啟用。檢測(cè)到過(guò)流時(shí)，軟啟動(dòng)充電電流源禁用，軟啟動(dòng)電容通過(guò)15μA電流源放電。若電容電壓降至4.25V以下，輸出禁用，故障信號(hào)置高；當(dāng)電壓降至0.27V時(shí)，開(kāi)始新的軟啟動(dòng)周期。
• ISL6741：過(guò)流時(shí)，脈沖逐脈沖占空比減小，不會(huì)導(dǎo)致關(guān)斷。

短路操作

短路條件定義為電流限制和占空比降低同時(shí)發(fā)生?？赏ㄟ^(guò)SCSET輸入調(diào)整短路占空比閾值，若在檢測(cè)到過(guò)流脈沖前，定時(shí)電容電壓未超過(guò)閾值，則認(rèn)為發(fā)生短路。若在32個(gè)振蕩器周期內(nèi)發(fā)生8次短路事件，將開(kāi)始關(guān)斷和軟啟動(dòng)周期。

故障條件

當(dāng)VREF低于4.65V、UV輸入低于1.00V、熱保護(hù)觸發(fā)或OTS故障時(shí)，會(huì)發(fā)生故障。故障發(fā)生時(shí)，OUTA和OUTB輸出禁用，故障信號(hào)置高，軟啟動(dòng)電容快速放電。故障清除且軟啟動(dòng)電壓低于復(fù)位閾值時(shí)，開(kāi)始新的軟啟動(dòng)周期。

熱保護(hù)

提供兩種過(guò)溫保護(hù)方法：一是板載溫度傳感器，當(dāng)結(jié)溫超過(guò)145°C時(shí)保護(hù)器件，有15°C的滯后；二是使用內(nèi)部比較器，通過(guò)OTS引腳連接熱敏電阻或熱傳感器，有25μA的開(kāi)關(guān)電流源用于產(chǎn)生滯后。

典型應(yīng)用與設(shè)計(jì)

典型應(yīng)用電路

文檔中給出了多個(gè)典型應(yīng)用電路，如ISL6740EVAL1的48V輸入直流變壓器、12V/8A輸出電路，以及ISL6740EVAL2Z的36V - 75V輸入、12V/8A輸出的調(diào)節(jié)電路，還有ISL6741的48V - 5V推挽式DC/DC轉(zhuǎn)換器電路。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

變壓器設(shè)計(jì)

對(duì)于半橋應(yīng)用的變壓器設(shè)計(jì)，需選擇合適的磁芯幾何形狀、確定匝數(shù)比、選擇合適的磁芯材料和尺寸、確定最大磁通密度、計(jì)算匝數(shù)、選擇線(xiàn)規(guī)、確定繞組順序和絕緣要求，并進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證。

MOSFET選擇

主要考慮器件的電流和電壓額定值，同時(shí)不能忽略FET的漏源電容和柵極電荷。對(duì)于初級(jí)側(cè)半橋FET和次級(jí)側(cè)同步整流FET，需根據(jù)具體應(yīng)用選擇合適的器件。

振蕩器組件選擇

根據(jù)所需的開(kāi)關(guān)頻率確定振蕩器的工作頻率，通過(guò)計(jì)算確定定時(shí)電容（CT）、充電電阻（RTC）和放電電阻（RTD）的值，以實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)（ZVS）。

輸出濾波器設(shè)計(jì)

根據(jù)電感電壓和電流紋波要求選擇輸出濾波器的電感和電容值，以確保輸出電壓的穩(wěn)定性。

過(guò)流組件選擇

選擇合適的電流感測(cè)電阻來(lái)設(shè)置過(guò)流閾值，通過(guò)SCSET引腳設(shè)置短路占空比閾值。

性能與調(diào)節(jié)

性能表現(xiàn)

主要性能指標(biāo)包括效率和負(fù)載調(diào)節(jié)。從典型應(yīng)用電路的性能曲線(xiàn)可以看出，輸出電壓會(huì)隨線(xiàn)路和負(fù)載變化，但對(duì)于對(duì)調(diào)節(jié)要求不高的應(yīng)用，這種設(shè)計(jì)方法是可行的。

調(diào)節(jié)方法

僅線(xiàn)路調(diào)節(jié) - 前饋補(bǔ)償

通過(guò)前饋補(bǔ)償技術(shù)可消除電源電壓變化引起的輸出電壓變化，直接根據(jù)輸入電壓的變化控制占空比，無(wú)需閉環(huán)反饋系統(tǒng)。

閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)

在ISL6740EVAL2Z電路中增加了閉環(huán)反饋和隔離功能，通過(guò)可編程分流調(diào)節(jié)器和光耦合器實(shí)現(xiàn)誤差信號(hào)的傳輸。采用Type 3誤差放大器配置進(jìn)行環(huán)路補(bǔ)償，需考慮輸出負(fù)載電阻、輸出電容和電感值、輸出電容ESR等因素對(duì)控制環(huán)路的影響。

總結(jié)

ISL6740和ISL6741是兩款功能強(qiáng)大、靈活的PWM控制器，適用于多種電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)和組件選擇，可以實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電源轉(zhuǎn)換。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體需求和性能要求，靈活運(yùn)用這些控制器的特性，以達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)效果。你在使用這兩款控制器時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。