ISL8216MEVAL1Z评估板：功能与使用全解析

在电子电路的设计中，电源模块的选择与评估至关重要。今天我要和大家分享的是ISL8216MEVAL1Z评估板，它能为我们评估ISL8216M这款高电压DC/DC模块提供一个便捷的平台。

文件下载：ISL8216MEVAL1Z.pdf

ISL8216M模块概述

ISL8216M是一款简单易用的高电压DC/DC模块，适用于服务器、48V电信/数据通信、12V/42V汽车和工业设备等领域。在设计一个完整的高电压电源时，仅需几个无源元件和一个(V_{OUT})设置电阻，使用起来非常方便。

评估板简介

基本参数

ISL8216MEVAL1Z评估板的尺寸为76.2mmx76.2mm（3英寸x3英寸），采用四层FR4板，顶层和底层为2oz铜，两个内层为1oz铜。该板可作为4A参考设计，板上所有组件（包括焊点）均为无铅材质。

输入输出电压

评估板的输入电压范围为10V至80V，输出电压预设了5V、12V、20V、24V和30V五个选项。若需要2.5V至30V范围内的其他输出电压，可通过一个电阻进行设置。

推荐设备

在对评估板进行测试时，需要准备以下设备：

• 10V至80V（或根据ISL8216M所需输入电压选择其他额定电压）的电源，源电流能力至少为2A。
• 能够吸收高达4A电流的电子负载。
• 数字万用表（DMMs）。
• 100MHz四通道示波器。

快速启动步骤

1. 选择输出电压：使用跳线JP1至JP5选择5V、12V、20V、24V或30V的输出电压。
2. 连接电源和负载：将VIN（J1）和PGND（J2）端子连接到电源，将负载连接到VOUT（J4）和PGND（J3）端子。
3. 设置输入电压：将输入电源设置为10V至80V之间的所需输入电压，注意输入电压必须高于所选的输出电压。
4. 开启电源和负载：先启用电源，然后再开启负载，并将负载预设为0A。
5. 检查输出：将开关SW1拨到“ENABLE”位置，PGOOD指示灯LED应亮起绿色，表示正常运行。使用数字万用表检查输出电压。

电路详细解析

输出电压选择

评估板预设了5V、12V、20V、24V和30V的输出电压，可通过短路相应的跳线轻松选择。若需要2.5V至30V之间的其他输出电压，可根据公式(V{OUT }=left(1+frac{11.3 k Omega}{R{FB}}right) cdot 1.192 V)使用反馈电阻进行设置。需要注意的是，输出电压的精度不仅取决于模块的内部参考电压，还取决于反馈电阻的精度。为了获得更高的整体输出精度，建议选择高精度电阻（如0.5%）。

开关频率编程

ISL8216M的内部固定开关频率为300kHz。通过在(V{IN})和RTCT之间添加一个电阻，以及在RTCT和SGND之间添加一个电容，可将模块的开关频率在200kHz至600kHz之间进行调整。评估板上提供了电阻（R5）和电容（C5）的占位符，方便用户操作。此外，SYNC引脚可将ISL8216M的开关频率同步到外部源。当使用频率同步时，(R{T} / C_{T})的时间常数必须设置得比同步信号的周期长。若不使用外部同步功能，应将SYNC引脚连接到SGND。

可选外部启用控制电路

模块可以通过使用开漏器件或添加外部电路，由外部信号启用。评估板上提供了可选的外部启用电路，用户可在R201、D201、R202、Q201和Q202的占位符上放置适当的组件。通过串联电阻R201和齐纳二极管D201，可从(V_{IN})产生约5.1V的偏置电压。R202是一个典型值为100kΩ的上拉电阻，Q201和Q202是N-MOSFET。外部控制信号施加到TP14（EX_EN），当EX_EN为逻辑低电平时，ENSS被拉到地以禁用模块；当EXEN为逻辑高电平时，ENSS被释放以允许模块的软启动功能。R201的选择可根据公式(R 201=frac{V{I N}-V{Z}}{I{Z}})计算，其中(V{Z})是齐纳二极管D201的工作电压（标称值为5.1V），(I{Z})是齐纳二极管D201的工作反向电流（典型值约为5mA）。在选择R201时，还需考虑其功率耗散额定值。

其他外部电路要求

根据应用条件的不同，可能需要其他外部电路。具体要求如下：	条件	外部电路要求
(V_{OUT}leq12V)，使用PGOOD信号启用方法	PGOOD延迟电路、1kΩ假负载电阻、(V_{IN}-BOOT)电阻：无
(V_{OUT}>12V)，使用PGOOD信号，自启用/禁用	PGOOD延迟电路、1kΩ假负载电阻、(V_{IN}-BOOT)电阻：是、是、否
(V_{OUT}>12V)，不使用PGOOD信号，自启用	PGOOD延迟电路、1kΩ假负载电阻、(V_{IN}-BOOT)电阻：否、否、是
(V_{OUT}>12V)，使用PGOOD信号，外部启用控制	PGOOD延迟电路、1kΩ假负载电阻、(V_{IN}-BOOT)电阻：否、否、是
(V_{OUT}>12V)，不使用PGOOD信号，外部启用控制	PGOOD延迟电路、1kΩ假负载电阻、(V_{IN}-BOOT)电阻：否、否、是

可选PGOOD延迟电路

ISL8216M有一个PGOOD比较器，用于监测FB引脚的电压。当FB引脚电压在参考电压的14%范围内时，PGOOD被置位（开漏）；在禁用、过流保护事件或过温事件时，PGOOD被复位。如果满足(V{OUT})高于12V、使用PGOOD信号、模块自启用/禁用这三个条件，则需要一个PGOOD延迟电路和一个1kΩ、1W额定值的假负载电阻。评估板上提供了PGOOD延迟电路（C2、R3和M1）和假负载电阻（R20）的占位符，其中C2为1µF，R3典型值为150kΩ，M1为N-MOSFET。在输入电压(V{IN})非单调的情况下，建议在电阻R3上并联一个可选的肖特基二极管，以确保当PVCC从0V开始上升时，电容器C2已完全放电。对于(V{OUT}>12V)且轻载的情况，如果在(V{IN})上升期间不使用可选的PGOOD延迟电路，由于自举电容器未完全充电导致(V_{OUT})较低，PGOOD逻辑可能会出现故障。通过添加约250ms的延迟可以解决这个问题。

(V_{IN})和BOOT之间的电阻

如果满足以下任何一个条件，建议在(V_{IN})和BOOT之间添加一个电阻：

• (V_{OUT})高于12V且不使用PGOOD信号。
• (V_{OUT})高于12V，使用PGOOD信号，且模块由外部控制信号启用/禁用。

评估板上为该电阻（R23）提供了占位符，建议该电阻的最小功率额定值为0.25W。当安装R23时，还需要一个额外的N-MOSFET与外部启用电路一起使用，用于在外部控制信号为逻辑低电平时将(V{OUT})拉到地。否则，由于(V{IN})、R23、内部自举二极管、内部自举电容器和电感器到(V{OUT})电容器的泄漏，可能会在(V{OUT})电容器上产生残余电压。

输出电容器

评估板上已安装了6个22µF、额定电压为35V的陶瓷电容器。此外，板上还提供了额外的占位符，用于评估低ESR钽电容器、低ESR聚合物电容器和低ESR铝电解电容器。建议总输出电容最小为120µF且具有低ESR。

PCOMPX引脚配置

控制环路已在内部进行补偿，以为各种类型的输出电容器的应用提供足够的稳定性裕度。对于全陶瓷输出电容器，将PCOMPX引脚短接到VOUT，评估板上提供了一个0Ω电阻R1。对于钽电容器、聚合物电容器或铝电解电容器，将R1的电阻值改为低于1kΩ。总ESR越低，R1的值应该越低。

辐射发射

ISL8216M已根据CISPR 22无线电干扰限值B类进行了评估。在ISL8216MEVAL1Z评估板上安装一个简单的输入滤波器进行了辐射发射测试。文档中给出了在典型工作条件下（24V(V{IN})到5V(V{OUT})、4A和24V(V{IN})到12V(V{OUT})、4A）相对于CISPR 22无线电干扰限值B类的辐射发射图。

效率与辐射性能

效率性能

文档中给出了不同输出电压（5V、12V、24V）下效率与负载电流的关系图，通过这些图表可以直观地了解评估板在不同负载情况下的效率表现。

辐射发射性能

展示了在24V(V{IN})到5V(V{OUT})、4A和24V(V{IN})到12V(V{OUT})、4A两种典型工作条件下的辐射发射图，帮助工程师评估评估板的电磁兼容性。

总结

ISL8216MEVAL1Z评估板为ISL8216M模块的评估提供了一个全面的平台。通过了解评估板的各项功能和电路设计，工程师可以更好地将ISL8216M应用到实际项目中。在使用过程中，需要根据具体的应用需求选择合适的输出电压、开关频率和外部电路，同时注意各项参数的设置和元件的选择，以确保系统的稳定性和性能。大家在实际使用ISL8216MEVAL1Z评估板时，有没有遇到过什么问题呢？欢迎在评论区分享交流。