深入解析ISL91133：高效升压调节器的卓越之选

在电源管理领域，一款性能出色的升压调节器对于众多电子产品的稳定运行起着至关重要的作用。今天，我们就来深入探讨瑞萨（Renesas）的ISL91133，这是一款专为电池供电应用设计的集成升压开关调节器，下面将从多个方面详细介绍它的特性和应用。

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一、产品概述

ISL91133主要为使用单节锂离子或锂聚合物电池的产品提供电源解决方案。它能够在输入电压 (V{IN}=2.5V) 、输出电压 (V{OUT}=3.3V) 的条件下，提供高达2.3A的输出电流。并且，其空载静态电流在升压模式下仅为108μA，在强制旁路模式下为45μA，大大降低了待机功耗。

二、关键特性

2.1 宽输入电压范围

输入电压范围为2.35V至5.4V，这使得它能够适应多种不同的电源环境，增强了产品的通用性。

2.2 高输出电流能力

最大输出电流可达2.3A（ (V{IN}=2.5V) ， (V{OUT}=3.3V) ），突发电流最高可达2.5A（ (V{IN}=2.5V) ， (V{OUT}=3.3V) ， (t_{ON}<600μs) ， (T = 4.6ms) ），可以满足大多数负载的需求。

2.3 高效率

最高效率可达96%，这意味着在能量转换过程中能够减少能量损耗，提高电池的使用效率，延长设备的续航时间。

2.4 低静态电流

在升压模式下108μA的静态电流和强制旁路模式下45μA的静态电流，有效降低了待机功耗，对于需要长时间待机的设备尤为重要。

2.5 高频开关

2.5MHz的开关频率能够进一步减小外部组件的尺寸，有助于实现产品的小型化设计。

2.6 旁路模式

具备强制旁路或自动旁路模式，通过38mΩ的开关实现输出与输入的直接连接，可显著降低压降。在轻负载电流时还支持PFM模式，进一步提高效率。

2.7 全面保护

对过流、过温和欠压等情况提供全面保护，确保设备在各种异常情况下的安全运行。同时，在设备禁用时能够实现负载断开。

2.8 小封装

采用1.78mmx1.78mm的WLCSP封装，体积小巧，适合对空间要求较高的应用。

三、引脚配置与功能

ISL91133采用16球WLCSP封装，各引脚功能如下：	PIN #	PIN NAMES	DESCRIPTION
B3, B4	VOUT	升压输出，需连接一个2x22µF的电容到PGND。
C3, C4	LX	电感连接引脚。
D2, D3, D4	PGND	用于高开关电流的电源地。
A3, A4	VIN	电源输入，范围为2.35V至5.4V，需连接一个22µF的电容到PGND。
B1	VSEL	用于选择输出的高低电平，在升压模式下，将该引脚拉高选择高输出电平，拉低选择低输出电平。
A2	PG	开漏输出，提供输出电源良好状态指示。
A1	EN	逻辑输入，拉高以启用设备。
C1	BYPS	强制旁路输入，拉低该引脚可激活强制旁路模式，此时Q2和Q3导通，其余IC部分禁用；拉高则激活自动旁路模式。
B2, C2, D1	GND	模拟接地引脚。

四、工作模式

4.1 升压模式

当输入电压低于所需输出电压时，ISL91133进入升压模式。它采用同步升压转换器拓扑，集成了一个N沟道MOSFET（Q1）和一个P沟道MOSFET（Q2）。控制方案基于谷电流模式控制，内部对控制环路进行补偿，通过感测P沟道MOSFET开关的谷电流来限制流经开关和电感的最大电流，典型电流限制为4A。

4.2 PFM模式

当电感电流连续八次过零时，转换器进入PFM模式。在该模式下，每个脉冲周期仍由PWM时钟同步。N沟道MOSFET在时钟上升沿导通，当电感谷电流达到电流限制的约20%时关断，然后P沟道MOSFET导通，直到其电流为零。当输出电压比标称输出电压高1.5%时，N沟道MOSFET立即关断，P沟道MOSFET导通直到电感电流为零。当输出电压下降到标称值的1.5%以下时，转换器返回2.5MHz的PWM模式。

4.3 旁路模式

当输入电压接近输出电压时，ISL91133可进入旁路模式。旁路模式通过一个38mΩ的P沟道MOSFET Q3连接VIN和VOUT实现。进入旁路模式有两种方式：

• 自动旁路：将BYPS引脚拉高，当 (V{IN}) 比目标 (V{OUT}) 调节值高1.5%且5µs内无开关动作时，设备自动进入旁路模式。
• 强制旁路：将BYPS引脚拉低可激活强制旁路模式。如果请求强制旁路时 (V{OUT}{IN}) ，旁路MOSFET Q3作为电流源调节 (V{OUT}) ；如果 (V{OUT}>V{IN}) ，设备先停止升压操作并激活内部放电电路将输出电压放电到 (V{IN}) 水平，然后再进入旁路模式。

五、保护机制

5.1 过流保护

当N沟道MOSFET中的电感峰值电流连续16个开关周期达到电流限制时，内部保护电路触发，开关停止约20ms，然后进行软启动周期。如果软启动后外部输出过流情况仍然存在，设备会再次检测到连续16个开关周期达到谷电流阈值，如此循环，这种保护机制称为“打嗝模式”。

5.2 短路保护

通过监测输出电压，当输出电压低于某个阈值时，PWM振荡器频率降低，以保护设备免受损坏，同时N沟道MOSFET峰值电流限制仍然有效。

5.3 热关断

内置热保护功能，当芯片温度达到约+150°C时，调节器完全关闭。在热关断模式下，芯片温度继续被监测，当温度降至约+120°C时，设备恢复正常运行。

六、应用领域

ISL91133的高性能使其适用于多种应用场景，包括智能手机和平板电脑、无线通信设备、2G/3G/4G RF功率放大器以及USB OTG电源等。

七、组件选择与布局建议

7.1 电感选择

建议使用具有高频磁芯材料（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。电感必须能够承受峰值开关电流而不饱和，推荐使用饱和电流额定值≥3A的0.47µH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。

7.2 电容选择

输入和输出电容应选用低ESL和ESR的陶瓷X5R类型。推荐的输入电容值为22µF，输出电容值为10µF至22µF。

7.3 PCB布局

正确的PCB布局对于ISL91133的正常运行至关重要。应将输入和输出电容尽可能靠近IC放置，输入和输出电容的接地连接应尽可能短，并位于组件层，以避免高开关电流流经PCB过孔带来的问题。

八、总结

ISL91133以其高效、低功耗、全面保护等特性，成为电池供电应用中升压调节器的理想选择。无论是在小型消费电子设备还是通信设备中，它都能为产品提供稳定可靠的电源解决方案。电子工程师在设计相关产品时，可以充分考虑ISL91133的优势，以实现产品性能的优化。大家在实际应用中是否遇到过类似电源管理芯片的使用问题呢？欢迎在评论区分享交流。