可配置集成功率管的6A双通道同步降压稳压器灵活紧凑的DC-DC变换器设计

　　为嵌入式系统中的FPGA(现场编程门阵列)或者CPLD(复杂可编程逻辑器件)设计电源是一个复杂的任务。选择合适的控制IC和功率管，选择合适的感量和容值，设计合适的环路补偿网络，相对数字设计者而言，可能会多次评估功率损耗，负载调整率、效率、占用尺寸面积。同时在设计过程中，系统的功耗要求的变化使得设计任务更加困难，需要电源被重新配置来满足新的规格。

　　要求大量数字处理的电子系统经常会使用现场编程器件，例如FPGA或CPLD来替代一些定制应用，如ASIC (专用集成电路)。尽管ASIC可能比可编程的器件有成本优势，但是可编程器件可以立即制造，启动成本低和速度快，设计更改也容易。这些优势推动FPGA，CPLD成为实现复杂数字系统的特别选择，如：以太网交换机和路由器，存储领域的网络设备和多媒体传输系统。

现场可编程器件的供电

　　FPGA有3个基本的供电电压：内核电压，I/O(输入/输出)电压和辅助电压。每个电压有不同的负载电流要求。

　　内核电压VCCINT给器件的内部逻辑供电，通常对电流有苛刻的要求。老的一代FPGA的内核电压有3.3V的，也有低到1.2V的。

　　I/O 电压VCCIO，为FPGA的I/O块供电。根据使用I/O的标准，分为1.5V,1.8V,2.5V或3.3V。通常根据与FPGA通信的器件所用的电压选择I/O电压。

　　辅助电压VCCAUX，是用来给FPGA内的数字时钟管理器和JTAG I/O电路供电的。这个电压通常是2.5V或3.3V。

多变的供电需求

　　FPGA或CPLD的编程和配置可以被工程师在任何时候，简单的重复上面的设计、编译和下载步骤来作修改。FPGA被重新配置来完成一个新设计是没有次数限制的。不需要修改电路板的走线，也不需要更改器件，就可以快速和轻松地解决问题。同时，在不改布局的情况下，可以给一个给定的设计增加功能和特性。这就是现场可编程器件应用在复杂的，数字多媒体系统的巨大优势。

　
图1  ISL65426 功能方框图

　　当然，这种灵活性是要付出代价的。FPGA的供电要求，尤其是它对供电电流的要求，和设计的复杂性是成正比的。重新配置FPGA，新的功能也改变了对它供电的供电系统的要求。FPGA使用越多，要求的供电电流也就越大。电流需求也随时钟频率的增加而增加，因此FPGA运行越快，它所需要的电源功率就越大。因此，FPGA功能的改变也往往意味着供电设计的更改。

单片集成双通道降压稳压器

　　为了满足紧凑的，灵活的电源系统的需要，为了给数字设计者提供FPGA供电系统的迅速的设计和可以重新配置的解决方案，INTERSIL推出了ISL65426，它是一个双通道的同步降压稳压器，最大能够提供6A的负载电流，效率高至95％。这两个输出电压可以逻辑编程也可以电阻可调，每个输出通道的负载电流是由用户配置的。因此如果FPGA/CPLD供电在设计过程中需要改变，新的需求可以通过简单的重新分配每个通道的负载电流来满足。

　
图2  ISL65426 功率块图

　
图3  ISL65426 在单供电应用, 3A/3A 输出电流配置

　　完全集成的同步降压DC/DC稳压器不需要工程师选择功率管，无需定环路补偿参数，只需要简单的选择电感和电容就可以了。整个器件的数目也减少了，因为内部高端的MOSFET是用PMOS器件来完成，而不是典型的NMOS器件，这样自举电容又能省掉。由于内部具有数字软启动功能和环路补偿，这样外面的软启动电容和RC补偿网络就也可以省掉。

　　有利于散热的，增强型QFN封装，高达1.1MHz的工作频率，BOM元件数目减少导致FPGA的VCCINT、VCCIO电压的供电方案很紧凑。

　　ISL65426的功能框图如图1所示。

可配置负载电流的能力

　　ISL65426使用了独特的结构，用户可以配置功率块，使得电源系统的设计非常迅速。内部包含6个1A功率块，共有四种功率配置方式可选。每个同步整流的通道都必须关联一个主功率块，剩下的4个功率块是从块，可以被用户指定与某个主块相关联，如图2所示。

　　用户可以指派ISL65426两个通道的负载电流能力。利用芯片的2个逻辑引脚，ISET1和ISET2，可以根据表1进行电流分配。

　
表1  输出电流配置

表2  输出电压配置

　　每个功率块都有它自己的供电引脚PVIN。ISL65426能够接受1~2个输入供电，提供两路稳定的输出电压。一旦电源负载电流规格要求更改，只需少量的工作就可以达到设计目标。因为ISL65426内置功率器件，内置环路补偿网络，简单改变ISET1和ISET2逻辑电平(PVIN和LX连接到芯片)，就能改变通道之间的电流分配。图3是典型配置。

可变的输出电压选择

　　ISL65426可以用4个逻辑引脚，即V1SET1、V1SET2、V2SET1和V2SET2来给每个通道选择输出电压值。可贵之处在于，能接受2位VID输入，为设计更改和重新定位提供便利。因为它通过更改逻辑位来更改输出电压，而不需要对电源板和它上面的元件作出修改。这样，设计更改可以迅速而可靠地完成。此外，如果有些系统需要，2位的VID输入允许ISL65426的输出电压可以被数字控制。表2列出输出电压选项。

　　去掉反馈电阻可以简化设计，减少元件数目和增加系统的整体精度。为方便选择输出电压而不牺牲设计的灵活性，因此ISL65426保留传统的电阻分压方法来设置输出电压。片内参考电压是0.6V，当使用5V供电时候，通过调反馈电阻，每个通道的输出可以被设置为0.6V～4V。

内置故障保护

　　ISL65426有过压、欠压、过流和过温保护，即故障检测和保护被集成到芯内，无需外部元件。

　　在过压情况下(当输出电压超过了参考电压的115％以上时)，ISL65426将积极努力把输出电压调整到输出过压设置点以下。

　　对欠压保护，反馈电压被检测，同欠压阀值(参考电压的85％)比较。一旦侦测到任何一个通道欠压，内部的4位计数器就增1。如果所有的通道在同一个开关周期都检测到欠压，计数器增2。如果这个计数器继续增加，一旦计数器溢出，欠压保护逻辑关断所有的稳压器。

　　过流保护电路使用另外的4位的计数器来跟踪过流事件。每个功率块的电流被侦测，与过流限定值(和使用的功率块配置是对应的)作比较。如果测试的电流超过了过流阈值，计数器增加。如果在计数器溢出前，测量到的电流值降到过流阀值点以下，计数器被复位。如果在同一个转换周期内，每个转化器通道都发生了过流，计数器加2。一旦计数器溢出，关断每个通道。

　　最后，对于过温保护，一个内部的温度传感器连续检测ISL65426的结温，如果超过了150