瑞萨 ISL81802 是一款双通道同步降压控制器，可产生两个独立输出或一个具有两个交错相位的输出，适用于工业和通用领域的各种应用。 该控制器具有较宽的输入和输出电压范围，适用于电信、数据中心和计算应用。

瑞萨 ISL81802 的基本性能参数及优势：

• 输入电压：4.5V ~ 80V
• 输出电压：0.8V ~ 60V
• 四个具有自适应穿透保护的 MOSFET 驱动器
• 输出电压恒定，输出电流反馈回路控制
• 低纹波二极管仿真突发模式操作
• 可编程软启动
• 开关频率：100kHz 至 2MHz
• 支持双路电流自动均衡
• 强制 PWM 模式
• 低关断电流：5uA
• 保护 (OVP OCP UPV OTP)

下图为瑞萨 ISL81802 同其他产品的性能对比：

与其他 48V 降压控制器相比，瑞萨 ISL81802 控制器有什么独特之处?

1. 它是一种非常独特的双相位/双输出 buck 控制器，支持高达 80V 输入和高达 76V 输出。它还支持恒压和恒流操作，这意味着它不仅适用于电信和计算，也适用于电池管理和大功率 LED 照明
2. 宽 Vin 量程：4.5V 至 80V
3. 宽电压范围：0.8V 至 76V
4. 具有交错输出的双相或两相 Buck 控制器
5. 集成 CC/CV 控制器+驱动
6. 支持多芯片并联和相位交错
7. 宽开关频率：100Khz 至 1MHz
8. 电流模式与二极管仿真和突发模式在轻负载或强制 PWM 模式
9. 穿保护，OCP，OVP，OTP，UVP
10. 每个输出独立的 EN 和软启动

从中可以看出，它覆盖了很宽的输入输出电压范围，可达 80V，输出可以是两独立输出也可以是两相交错单输出。控制回路可以是恒压或恒流 (两个独立的调节回路用于 CV 和 CC 用于任何输出)。多台 ISL81802 可并联多相配置，支持更高功率。频率可以低至 100kHz 以获得最高效率，或高至 1MHz 以获得最小尺寸。在轻负载时，芯片可以配置为强制 PWM、DEM 或 burst 模式。

瑞萨 ISL81802 参数及引脚设计分析

BUCK 模式下开关管的工作状态

如下图所示，在 Q1 开时 Q2 关，Q2 开时 Q1关。Q3 常关 Q4 常开。PWM 占空比可＝ 输出 / 输入。

EN/UVLO 引脚作用

EN/UVLO 电压小于 0.9V     LDO 及 VOUT disable
EN/UVLO 电压大于 1.3V     VDD VCC enable
EN/UVLO 电压大于 1.8V     软起动 SS enable

PLL_COMP 引脚作用

需要一个 RPLL、CPLL1 和 CPLL2 的外部补偿网络连接到 PLL_COMP 引脚，确保锁相环稳定运行。瑞萨推荐 RPLL 选择 2.7kΩ，CPLL1 选择 10nF 和 820pF 的 CPLL2。采用推荐的补偿网络保证了锁相环在全时钟下的稳定性。频率范围 100kHz ~ 600kHz。

EXTBIAS 引脚作用

1. 由 VOUT 及 VIN 供给，内置切换开关。供电 VCC，VDD 8V
2. 注意最大值范围，否者需要外部电源供电
3. 尽量降低电压值可工作效率及散热问题
4. 最小有效值＞7.3V

电压环的计算

两个电流环的计算

Rs_out 建议 1-5mΩ 之间，有助于提高效率。

降压电路的基本⼯作原理 — CCM 与 DCM

• 降压电路工作在重载情况下，电源处于 PWM 工作模式来获得最佳性能，根据电感是否连续可以分为连续传导模式 CCM 和非连续传导模式 DCM。
• 负载变小时，输出电流平移往下。当负载电流下降到一定程度后，电感电流断续。

轻载高效模式 — DE 模式

设置 DE 模式时，LG1 驱动的降压同步 FET 和 UG2 驱动的 boost 同步 FET 都在运行的模式。电感电流不允许根据零点交叉反转 (断续运行)。

轻载高效模式 — Burst 模式

当负载电流进一步小，小于 VIMONOUTBSTEN 设置的电平典型的 0.85V 时在 IMON_OUT 引脚上，部件进入 Burst 模式。

怎样选择轻载模式与 PWM 模式？

• LG1/PWM_MODE pin
• RLG1xIMODELG1 ＜ 0.3V    PWM  mode
• RLG1xIMODELG1＞ 0.34V   DE mode
  其中 (IMODELG1 = 10uA typical)

怎样选择 CC 模式与 CV 模式？

• 负载电流决定了输出电流
• 在输出电流上升阶段至 CC 模式限流点之前一直处于 CV 模式工作
• 当电流输出上升到最大横流点后，电压会一直掉直至 0.1V 进入 CC 模式

怎样选择 CC 模式与 hicup 模式？

• LG2/OC_MODE pin
• RLG2xIMODELG2 ＜ 0.3V  CC mode
• RLG2xIMODELG2 ＞ 0.3V  hicup mode
  其中 (IMODELG2 = 10uA typical)

如果需要对硬件的横流点进行改变需要怎样做？

• 通过连接 IMON_OUT 引脚上的 RIM_OUT 电阻，将反馈电流环 ICS 电流信号通过运放在电阻上转换为电压信号。直至到达 1.2V 会进行限流。
• 所以通过在 IMON_OUT 引脚注入 PWM 信号，在 RC 上降低输出电流值，提前进入 CC 模式。

降压电路的相关问题：峰值过流保护

第一级脉冲逐脉冲峰值电流限制，电流由并联电阻 RS_IN 和运放 A1 感知，Q1 在 Buck 模式下关闭。

第二级为了避免在峰值电流模式操作的任何错误跳闸，第一电平脉冲逐脉冲限流电路不能将 PWM 占空比进一步降低到最小时。转换器通过关闭所有四个开关 50ms。

BOOT PIN 工作原理

• BOOT 引脚的引导电容到 PHASE 节点为高侧 MOSFET 驱动器提供电源。
• 在启动时，低侧 MOSFET 首先打开，并迫使相位接地充电 BOOT 电容器到 8V。
• 低侧 MOSFET 关闭后，高侧 MOSFET 被打开，关闭 BOOT 和 UGATE 之间的内部开关。

开关频率的选择

• 增加开关频率可以使降低输出电感和电容大小，可以降低整个电源的体积，同时降低电感和电容的成本。增加开关频率会降低电源效率，辐射能量会加大增加温升。
• 增加开关频率可以降低波纹大小，降低开关频率会加大纹波幅。
• 由 RT 引脚外部电阻到地阻值决定，当 RT/SYNC 引脚连接到外部时钟时，ISL81802 就会同步到外部时钟频率。

波形分析及优化改进

现象 1：电感前端的 phase 波形，有脉冲尖峰震荡比较大。

结果：在 BOOT 和 phase 间加 RC 吸收电路，调整电阻在 3.3 欧至 10 欧。

现象 2：8V VIN 芯片带载瞬间出现尖峰电流，芯片出现关闭无输出。

原因：这是输出电流在开机瞬间因负载容性值较大会吸收能量有个 20A 10ns 瞬间尖峰电流出现，导致 VIN 跌至工作电压 4.5V 以下再回弹芯片瞬间出现关闭。

结果：

1. 输出端外接一个限流开关如 SGM2512，消除压制尖峰增加输入稳定性；
2. 使用大容量的稳压电源测试动态效果好，及增加 VIN 电压值。

现象 3：负载测试，在 2A 输出动态测试中，输出电压不稳定。

原因：动态效果差，环路不稳定出现波动异常。
结果：调整环路参数主要是 COM，可使用环路分析仪加以辅助发现穿越频率太高需要优化。

综上，在进行 Layout 设计时，需要注意以下几点：

1.  将输入陶瓷电容尽可能靠近 IC VIN 引脚和 PGND 引脚。保持电源回路 (输入陶瓷电容器，IC VIN 和 PGND 引脚) 尽可能小，以减少相位电压环诱导的痕迹寄生在导通，以及更好的电磁干扰性能。
2.  将 0.1uF 陶瓷电容放置尽可能靠近 VIN 和 PGND 引脚的 IC 上。如果使用铝电解电容器，放置它尽可能接近 IC VIN 引脚。
3.  保持相节点铜面积小，以减少寄生电容，但大到足以处理负载电流。
4.  电源地应接在模拟地层。
5.  反馈电阻靠近 FB 和 GND 引脚，远离相节点。
6.  Buck 上管低频打嗝没法一直维持能量，refresh 波形，正常的电流采样、UG1 和 phase1 差分走线。
7.  电流采样环 CS 差分总线。
8.  Phase 与 UG 差分走线。
9.  上下管驱动线不能走一起，开关时大电流过会串扰担心直通。MOS Qg 值不能太大影响开关损耗 1500pf 左右可以。
10. 输入的钽电容一定要靠近输入 mos 减小环路干扰减小尖峰应力，比输出电容更重要。