EG1151数据手册

一、芯片概述

EG1151是一款由屹晶微电子有限公司精心研发的四开关降压 - 升压型DC - DC电源管理芯片。它集成了一系列关键功能，包括基准电源、振荡器、误差放大器、限流保护、短路保护以及半桥驱动等。凭借这些功能，EG1151能够依据输入和输出电压的具体关系以及不同负载条件，灵活采取相应的控制策略。在宽输入电压范围（7V - 150V）内，它可以为各类应用提供稳定的电压输出，尤其适用于电池供电且电压不恒定的场合，同时还能支持对蓄电池充电。

二、芯片特性

宽输入电压范围

EG1151具备极为宽泛的输入电压范围，从7V到150V。这一特性使其能够适应多种不同的应用场景，无论是低压电池系统还是高压工业电源，都能轻松应对。例如，在移动储能设备中，电池的电压会随着使用而不断变化，EG1151的宽输入电压范围可以确保设备在整个使用过程中都能获得稳定的电源供应。在工业控制系统中，工业现场的电源波动较大，EG1151也能在这样的环境下稳定工作，为PLC、传感器等设备提供可靠的电源。

高效率

通过采用优化的四开关拓扑结构和同步整流技术，EG1151在典型工作条件下可实现高达95%的转换效率。高效率意味着在能量转换过程中，损耗的能量更少，从而显著降低了系统的功耗和热损耗。以电动自行车转换器为例，高效率的电源转换可以减少电池的能量消耗，延长电动自行车的续航里程，同时降低转换器自身的发热，提高系统的可靠性和稳定性。

完善的保护功能

1. 欠压保护：当驱动电源电压低于5.7V（典型值）时，芯片会自动关闭输出。这是为了防止功率管在欠压状态下工作，因为欠压工作可能会导致功率管损坏，影响整个系统的正常运行。

2. 过温保护：芯片内置了温度检测功能，当结温达到165°C时，会自动关闭输出；当温度下降40°C后，输出会自动恢复。这种保护机制可以确保芯片在安全的温度范围内工作，避免因过热而损坏。

3. 输出短路保护：在输出短路的情况下，芯片能够及时采取保护措施，防止因短路电流过大而对芯片和其他电路元件造成损坏。

灵活的启动模式

EG1151设置了STMOD引脚用于启动模式设置。当该引脚为高电平或悬空时，芯片采用硬启动模式；当引脚为低电平时，芯片采用抑制倒流启动模式。这种灵活的启动模式设置可以满足不同应用场景的需求，提高了芯片的通用性。

封装形式

EG1151采用QFN32封装形式，这种封装具有体积小、引脚短、散热性能好等优点。在空间受限的应用中，QFN32封装可以节省电路板空间，提高系统的集成度。同时，良好的散热性能也有助于芯片在高功率应用中保持稳定的性能。

三、应用领域

移动储能设备

移动储能设备如移动电源、户外储能箱等，通常使用电池作为能量存储介质。由于电池的电压会随着充放电过程而变化，因此需要一款能够在宽输入电压范围内稳定工作的电源管理芯片。EG1151的宽输入电压范围和高效率特性使其成为移动储能设备的理想选择。它可以确保设备在不同的电池状态下都能正常工作，为用户提供稳定的电源输出。

电动自行车转换器

电动自行车的电池电压会随着使用而逐渐降低，而电机的工作电压需要保持相对稳定。EG1151的四开关升降压功能可以实现输入输出电压的无缝切换，在电池电压高于或低于电机工作电压时都能为电机提供合适的电压，保证电动自行车的正常运行。同时，其高效率特性可以减少能量损耗，延长电动自行车的续航里程。

模拟/数字系统

在模拟/数字系统中，对电源的稳定性和精度要求较高。EG1151能够提供稳定的电压输出，并且具有完善的保护功能，可以确保系统的各个模块在安全的电源环境下工作。此外，其宽输入电压范围也可以适应不同的电源输入情况，提高系统的可靠性和稳定性。

工业控制系统

工业控制系统中通常包含大量的电子设备，如PLC、传感器、执行器等。这些设备对电源的质量和稳定性要求较高。EG1151可以在工业现场复杂的电源环境下工作，为这些设备提供稳定的电源供应。其过温保护和输出短路保护功能可以防止因电源故障而对设备造成损坏，保障工业控制系统的正常运行。

电信电源系统

电信电源系统需要为通信设备提供可靠的电源保障。EG1151的高效率特性可以减少能源消耗，降低运营成本。同时，其宽输入电压范围和完善的保护功能可以适应电信电源系统中可能出现的各种电源波动和故障情况，确保通信设备的稳定运行。

便携式移动设备

便携式移动设备如平板电脑、智能手机等，对电源的体积和效率有较高的要求。EG1151的QFN32封装形式体积小，适合在便携式设备中使用。其高效率特性可以延长设备的电池续航时间，提高用户的使用体验。

逆变器系统

在逆变器系统中，EG1151可以将直流电转换为交流电，为各种交流负载提供电源。其四开关升降压功能可以根据输入直流电压的变化自动调整输出电压，保证逆变器系统的稳定运行。同时，其完善的保护功能可以防止因过载、短路等故障而对逆变器系统造成损坏。

四、引脚信息

引脚定义

EG1151芯片共有32个引脚，其引脚定义如下：

1. VDD12：驱动模块功率电源

2. IFB+：输出电流采样运放输入正端

3. IFB-：输出电流采样运放输入负端

4. NC：空脚

5. NC：空脚

6. SWCLK：固件升级时钟

7. SWDIO：固件升级数据

8. VINFB：输入电压检测

9. RSTN：芯片复位脚，低电平有效

10. AVSS：芯片地端

11. AVDD：芯片电源端

12. LDO15：芯片的1.5V输出端，需外接0.1uF电容到GND

13. VOUTFB：输出电压反馈

14. TFB：温度检测

15. NC：空脚

16. STMOD：启动模式设置引脚，高电平或悬空为硬启动，低电平为抑制倒流启动

17. NC：空脚

18. NC：空脚

19. NC：空脚

20. PGND：驱动模块地端

21. Reserved：保留

22. LO2：驱动模块右桥臂低端输出

23. LO1：驱动模块左桥臂低端输出

24. Reserved：保留

25. Reserved：保留

26. Reserved：保留

27. VS2：驱动模块右桥臂高端悬浮端输出

28. HO2：驱动模块右桥臂高端门极输出

29. VB2：驱动模块右桥臂悬浮电源，需外接自举电容

30. VS1：驱动模块左桥臂高端悬浮端输出

31. HO1：驱动模块左桥臂高端门极输出

32. VB1：驱动模块左桥臂悬浮电源，需外接自举电容

引脚功能详细说明

1. 电源相关引脚

• VDD12为驱动模块提供功率电源，其电压范围需要满足芯片的工作要求。在系统设计中，需要确保VDD12的供电稳定，避免电压波动对芯片性能产生影响。

• AVDD为芯片内部电路提供电源，同样需要稳定的电压输入。

• LDO15引脚输出1.5V电压，需要外接0.1uF电容到GND进行滤波，以保证输出电压的稳定性。

2. 采样检测引脚

• IFB+和IFB-用于输出电流采样，通过连接外部采样电阻，可以将输出电流信号转换为电压信号输入到芯片内部的运放进行放大和处理。根据采样结果，芯片可以实现对输出电流的监测和保护。

• VINFB引脚用于输入电压检测，芯片可以通过该引脚实时监测输入电压的变化，从而根据输入电压情况调整工作模式，确保输出电压的稳定。

• VOUTFB引脚是输出电压反馈引脚，通过外部分压电阻将输出电压反馈到芯片内部，芯片根据反馈电压与内部参考电压的比较结果，调整输出电压，实现恒压输出功能。

• TFB引脚用于温度检测，芯片内部集成温度传感器，通过该引脚可以实时监测芯片的结温，当温度超过设定阈值时，芯片会启动过温保护功能。

3. 控制信号引脚

• RSTN引脚是芯片复位引脚，当该引脚输入低电平时，芯片会进行复位操作，将内部寄存器和状态机恢复到初始状态。

• STMOD引脚用于设置芯片的启动模式，不同的电平状态对应不同的启动方式，用户可以根据实际需求进行选择。

4. 固件升级引脚

• SWCLK和SWDIO引脚用于芯片的固件升级，通过连接外部的编程器，可以对芯片内部的固件进行更新和升级，以实现芯片功能的扩展和优化。

5. 驱动输出引脚

• HO1、HO2、LO1、LO2引脚是驱动模块的输出引脚，分别用于驱动外部的MOSFET。HO1和LO1驱动左桥臂的MOSFET，HO2和LO2驱动右桥臂的MOSFET，通过这些引脚的输出信号，可以控制MOSFET的导通和关断，实现四开关升降压功能。

• VS1、VS2引脚是驱动模块高端悬浮端输出引脚，VB1、VB2引脚是驱动模块悬浮电源引脚，需要外接自举电容。自举电容的作用是为高端MOSFET的驱动提供足够的电压，确保高端MOSFET能够正常导通。

五、结构框图

EG1151芯片内部结构复杂，主要由线性电源、驱动模块、升降压控制模块、振荡器、误差放大器、限流保护电路、短路保护电路等部分组成。

线性电源模块为芯片内部的各个电路模块提供稳定的电源，确保芯片正常工作。驱动模块负责产生驱动信号，驱动外部的MOSFET，实现四开关升降压功能。升降压控制模块是芯片的核心部分，它根据输入电压检测、输出电压反馈和电流采样等信息，实时调整驱动模块的输出信号，以实现稳定的电压输出。

振荡器模块为芯片提供固定的开关频率，简化了滤波器设计，同时避开了音频频段，有效防止了可闻噪声的产生。误差放大器模块用于比较输出电压反馈信号与内部参考电压，将误差信号放大后输入到升降压控制模块，以实现对输出电压的精确调节。

限流保护电路和短路保护电路实时监测输出电流，当输出电流超过设定阈值时，限流保护电路会立即采取措施限制输出电流，防止因过流而对芯片和外部电路造成损坏；当发生短路时，短路保护电路会迅速关闭输出，保护芯片和系统的安全。

六、典型应用电路

15V10A恒压恒流方案典型应用电路

在该典型应用电路中，EG1151芯片作为核心控制元件，实现了15V10A的恒压恒流输出。输入部分通过适当的滤波电路对输入电源进行滤波，去除电源中的噪声和干扰。输出部分采用电感和电容组成LC滤波电路，进一步平滑输出电压，提高输出电压的质量。

电流采样电路通过在输出回路中串联采样电阻，将输出电流信号转换为电压信号，输入到芯片的IFB+和IFB-引脚。输出电压反馈电路通过外部分压电阻将输出电压反馈到芯片的VOUTFB引脚。芯片根据电流采样和电压反馈信息，实时调整驱动信号，实现恒压恒流输出功能。

15V50A恒压恒流大功率扩流方案典型应用电路

对于15V50A的大功率应用，需要在15V10A方案的基础上进行扩流设计。主要措施包括增加外部MOSFET的数量和规格，以提高功率处理能力；优化电感和电容的参数，以适应大功率输出的要求；加强散热设计，确保芯片和外部元件在大功率工作时的温度在安全范围内。

在该方案中，多个MOSFET并联使用，以降低单个MOSFET的导通电阻，减少功率损耗。同时，选择合适的大电流电感和电容，确保在大电流输出时能够稳定工作。散热方面，采用散热片或散热风扇等措施，提高系统的散热效率。

七、电气特性

极限参数

在TA = 25℃条件下，EG1151芯片的极限参数如下：

1. AVDD电源电压：最小 - 0.3V，最大 + 6.0V

2. VDD12驱动模块电源电压：最小 - 0.3V，最大 + 20V

3. HO1、HO2高端输出：最小 VS - 0.3V，最大 VB + 0.3V

4. VB1、VB2自举高端电源：最小 - 0.3V，最大 + 150V

5. VS1、VS2高端悬浮地端：最小 VB - 20V，最大 VB + 0.3V

6. LO1、LO2低端输出：最小 - 0.3V，最大 VDD12 + 0.3V

7. VINFB、VOUTFB端口电压：最小 - 0.3V，最大 + 6.0V

8. TFB、IFB+、IFB-工作温度：最小 - 40℃，最大 + 105℃

9. Tstr储存温度：最小 - 40℃，最大 + 125℃

10. TL焊接温度（T = 10S）：300℃

典型参数

1. 开关频率：芯片的开关频率为70kHz，固定的开关频率简化了滤波器设计，同时有助于提高系统的效率。

2. 转换效率：在典型工作条件下，芯片的转换效率可高达95%，具体效率会受到输入电压、输出电压、负载电流等因素的影响。

3. 输出电压精度：通过精确的电压反馈和误差放大器控制，芯片能够实现较高的输出电压精度，满足大多数应用场景的需求。

4. 启动时间：芯片的启动时间取决于启动模式和外部电路的参数，在硬启动模式下，启动时间较短；在抑制倒流启动模式下，启动时间会相对较长，但可以有效防止启动时的倒流现象。

八、应用设计

PWM调制

EG1151芯片采用PWM调制方式来控制输出电压和电流。在降压模式下，左桥臂进行PWM调制；在升压模式下，右桥臂进行PWM调制；在模式切换点附近，芯片采用特殊控制算法确保平稳过渡。通过调整PWM信号的占空比，可以实现对输出电压和电流的精确调节。

输出电压设置

输出电压通过外部分压电阻进行设置。根据公式Vout = 1.36V × (1 + R1/R2)，选择合适阻值的R1和R2电阻，可以将输出电压设置为所需的值。建议使用精度1%的电阻，并在VOUTFB引脚添加补偿网络，以提高输出电压的稳定性和精度。

输出电流设置

输出电流通过电流采样电路进行设置。电流采样电路采用差分放大结构，放大倍数G = 200kΩ/(10kΩ + R0)。通过合理选择R0值，可以精确设定电流保护阈值。当输出电流超过设定阈值时，芯片会启动限流保护功能，限制输出电流的进一步增加。

输出电感选型

在降压模式下，电感值需满足L > Vout × (Vin - Vout)/(Vin × Fs × ΔI)。其中，ΔI通常取最大输出电流的30%，Fs为70kHz开关频率。选择合适的电感值可以确保电感电流的连续性，减少输出电压的纹波。同时，还需要考虑电感的饱和电流、直流电阻等参数，选择性能优良的电感元件。

输出电容选型

输出电容主要用于平滑输出电压，减少输出电压的纹波。在选择输出电容时，需要考虑电容的容值、耐压值、等效串联电阻（ESR）等参数。一般来说，容值越大，输出电压的纹波越小；耐压值要大于输出电压的最大值；ESR越小，电容的滤波效果越好。

输出短路保护设计

EG1151芯片具备输出短路保护功能。当输出短路时，芯片会迅速关闭输出，防止因短路电流过大而对芯片和外部电路造成损坏。在系统设计中，还可以在输出回路中增加保险丝等保护元件，进一步提高系统的安全性。

过温保护设计

芯片内置过温保护功能，当结温达到165°C时，会自动关闭输出；温度下降40°C后，输出自动恢复。在系统设计中，需要合理布局芯片和散热元件，确保芯片的热量能够及时散发出去。同时，可以在芯片附近添加温度传感器，实时监测芯片的温度，当温度接近过温保护阈值时，提前采取措施进行散热或降低负载。

九、封装尺寸

EG1151芯片采用QFN32封装，其封装尺寸如下：

1. 芯片尺寸：5mm × 5mm

2. 引脚间距：0.5mm

3. 引脚宽度：0.2mm

4. 封装高度：0.8mm

在PCB设计中，需要注意QFN32封装的焊接工艺和散热设计。由于QFN封装的引脚在芯片底部，焊接时需要采用回流焊等合适的焊接方法，确保引脚与PCB焊盘之间良好的电气连接。同时，为了提高芯片的散热性能，可以在PCB上设置大面积的铜箔作为散热焊盘，并通过多个热过孔将热量传导到内部铜层。对于大功率应用，还需要预留散热片安装位置，以便进一步提高系统的散热效率。

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