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ISL85402IRZ

器件型号:ISL85402IRZ
器件类别:模拟器件
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厂商名称:INTERSIL [Intersil Corporation]
厂商官网:http://www.intersil.com/cda/home/
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器件描述

SWITCHING REGULATOR, 2450 kHz SWITCHING FREQ-MAX,

开关稳压器, 2450 kHz 开关 最大频率,

参数

ISL85402IRZ功能数量 1
ISL85402IRZ端子数量 20
ISL85402IRZ额定输入电压 12 V
ISL85402IRZ最大限制输入电压 36 V
ISL85402IRZ最小限制输入电压 3 V
ISL85402IRZ最大工作温度 85 Cel
ISL85402IRZ最小工作温度 -40 Cel
ISL85402IRZ加工封装描述 4 X 4 MM, ROHS COMPLIANT, PLASTIC, QFN-20
ISL85402IRZ状态 ACTIVE
ISL85402IRZ包装形状 SQUARE
ISL85402IRZ包装尺寸 CHIP CARRIER, HEAT SINK/SLUG, VERY THIN PROFILE
ISL85402IRZ表面贴装 Yes
ISL85402IRZ端子形式 NO LEAD
ISL85402IRZ端子间距 0.5000 mm
ISL85402IRZ端子涂层 MATTE TIN
ISL85402IRZ端子位置 QUAD
ISL85402IRZ包装材料 PLASTIC/EPOXY
ISL85402IRZ温度等级 INDUSTRIAL
ISL85402IRZ控制模式 PEAK CURRENT
ISL85402IRZ控制技术 PULSE WIDTH MODULATION
ISL85402IRZ模拟IC其它类型 SWITCHING REGULATOR
ISL85402IRZ额定调节电压 4.5 V
ISL85402IRZ交换机配置 BUCK-BOOST
ISL85402IRZ最大开关频率 2450 kHz

文档预览

ISL85402IRZ器件文档内容

2.5A Regulator with Integrated High-Side MOSFET for
Synchronous Buck or Boost Buck Converter

ISL85402                                                               Features

The ISL85402 is a synchronous buck controller with a 125m               Ultra Wide Input Voltage Range 3V to 36V
high-side MOSFET and low-side driver integrated. The ISL85402          Optional Mode Operation
supports a wide input voltage range from 3V to 36V. Regarding the
output current capability from the thermal perspective, the               - Forced PWM Mode
ISL85402 can typically support continuous load of 2.5A under              - Selectable PFM with Programmable PFM/PWM Boundary
conditions of 5V VOUT, VIN range of 8V to 30V, 500kHz, +85C            300A IC Quiescent Current (PFM, No Load); 180A Input
ambient temperature with still air. For any specific application, the     Quiescent Current (PFM, No Load, VOUT Connected to
actual maximum output current depends upon the die temperature            AUXVCC)
not exceeding +125C with the power dissipated in the IC, which is      Less than 3A Standby Input Current (IC Disabled)
related to input voltage, output voltage, duty cycle, switching         Operational Topologies
frequency, board layout and ambient temperature, etc. Refer to            - Synchronous Buck
"Output Current" on page 13 for more details.                             - Non-Synchronous Buck
                                                                          - Two-Stage Boost Buck
The ISL85402 has flexible selection of operation modes of               Programmable Frequency from 200kHz to 2.2MHz and
forced PWM mode and PFM mode. In PFM mode, the                            Frequency Synchronization Capability
quiescent input current is as low as 180A (AUXVCC connected            1% Tight Voltage Regulation Accuracy
to VOUT). The load boundary between PFM and PWM can be                  Reliable Overcurrent Protection
programmed to cover wide applications.                                    - Temperature Compensated Current Sense
                                                                          - Cycle-by-Cycle Current Limiting with Frequency Foldback
The low-side driver can be either used to drive an external low-side      - Hiccup Mode for Worst Case Short Condition
MOSFET for a synchronous buck, or left unused for a standard            20 Ld 4x4 QFN Package
non-synchronous buck. The low-side driver can also be used to          Pb-Free (RoHS Compliant)
drive a boost converter as a pre-regulator followed by a buck
controlled by the same IC, which greatly expands the operating         Applications
input voltage range down to 3V or lower (Refer to "Typical
Application Schematic III - Boost Buck Converter" on page 5).          General Purpose
                                                                        24V Bus Power
The ISL85402 offers the most robust current protections. It             Battery Power
uses peak current mode control with cycle-by-cycle current             Point of Load
limiting. It is implemented with frequency foldback under               Embedded Processor and I/O Supplies
current limit condition; besides that, the hiccup overcurrent
mode is also implemented to guarantee reliable operations
under harsh short conditions.

The ISL85402 has comprehensive protections against various faults
including overvoltage and over-temperature protections, etc.

          PGOOD                                                                        100                  6V VIN
                                                                                        95      12V VIN
          EN         VIN                     VIN                                        90
                                                                                        85                                 24V VIN
          MODE                                                         EFFICIENCY (%)   80
                                                                                        75
          SYNC       BOOT                                                               70                                          36V VIN
          AUXVCC                                                                        65
                                                                                        60
          VCC       ISL85402 PHASE                VOUT                                  55
          ILIMIT                                                                        50
          SS                         LGATE                                                0.1m
                                       PGND

          EXT_BOOST            FB
          FS         COMP
          SGND

                                                                                                1m  10m                             100m     1.0 2.5

                                                                                                    LOAD CURRENT (A)

                  FIGURE 1. TYPICAL APPLICATION                        FIGURE 2. EFFICIENCY, SYNCHRONOUS BUCK, PFM MODE,
                                                                                      VOUT 5V, TA = +25C

September 29, 2011   1                            CAUTION: These devices are sensitive to electrostatic discharge; follow proper IC Handling Procedures.
                                                         1-888-INTERSIL or 1-888-468-3774 | Copyright Intersil Americas Inc. 2011. All Rights Reserved
FN7640.0                                                        Intersil (and design) is a trademark owned by Intersil Corporation or one of its subsidiaries.
                                                                                    All other trademarks mentioned are the property of their respective owners.
Pin Configuration                                    ISL85402

                                                           ISL85402
                                                         (20 LD QFN)

                                                           TOP VIEW

                                                     AUXVCC
                                                           VCC
                                                                 SGND
                                                                        VIN
                                                                              VIN

                                                     20 19 18 17 16

                                               EN 1           Therm2al1Pad           15 BOOT
                                               FS 2               P2A1 D             14 PGND
                                               SS 3                                  13 LGATE
                                               FB 4                                  12 SYNC
                                           COMP 5                                    11 EXT_BOOST

                                                     6        7  8          9 10

                                                     ILIMIT
                                                           MODE
                                                                 PGOOD
                                                                       PHASE
                                                                              PHASE

Functional Pin Descriptions

PIN NAME  PIN #                                                            DESCRIPTION
     EN
      FS   1      The controller is enabled when this pin is left floating or pulled HIGH. The IC is disabled when this pin is pulled LOW. Range: 0V to
     SS           5.5V.
     FB
           2      To connect this pin to VCC, or GND, or left open will force the IC to have 500kHz switching frequency. The oscillator switching
   COMP           frequency can also be programmed by adjusting the resistor from this pin to GND.
   ILIMIT
   MODE    3      Connect a capacitor from this pin to ground. This capacitor, along with an internal 5A current source, sets the soft-start interval of
  PGOOD           the converter. Also this pin can be used to track a ramp on this pin.
   PHASE
                  This pin is the inverting input of the voltage feedback error amplifier. With a properly selected resistor divider connected from VOUT
EXT_BOOST
           4      to FB, the output voltage can be set to any voltage between the power rail (reduced by maximum duty cycle and voltage drop) and
                  the 0.8V reference. Loop compensation is achieved by connecting an RC network across COMP and FB. The FB pin is also monitored

                  for overvoltage events.

           5 Output of the voltage feedback error amplifier.

           6      Programmable current limit pin. With this pin connected to VCC pin, or to GND, or left open, the current limiting threshold is the set
                  to default 3.6A; the current limiting threshold can be programmed with a resistor from this pin to GND.

                   Mode selection pin. Pull this pin to GND for forced PWM mode; to have it floating or connected to VCC will enable PFM mode when
           7 the peak inductor current is below the default threshold 700mA. The current boundary threshold between PFM and PWM can also

                   be programmed with a resistor at this pin to ground. Check for more details in the "PFM Mode Operation" on page 12.

             8    PGOOD is an open drain output that will be pulled low immediately under the events when the output is out of regulation (OV or UV)
           9, 10  or EN pin pulled low. PGOOD is equipped with a fixed delay of 1000 cycles upon output power-up (VO > 90%).

                  These pins are the PHASE nodes that should be connected to the output inductor. These pins are connected the source of the
                  high-side N-channel MOSFET.

                  This pin is used to set boost mode and monitor the battery voltage that is the input of the boost converter. After VCC POR, the

                  controller will detect the voltage on this pin, if voltage on this pin is below 200mV, the controller is set in

                  synchronous/non-synchronous buck mode and latch in this state unless VCC is below POR falling threshold; if the voltage on this

                  pin after VCC POR is above 200mV, the controller is set in boost mode and latch in this state. In boost mode the low-side driver

           11     output PWM with same duty cycle with upper-side driver to drive the boost switch.
                  In boost mode, this pin is used to monitor input voltage through a resistor divider. By setting the resistor divider, the high threshold

                  and hysteresis can be programmed. When voltage on this pin is above 0.8V, the PWM output (LGATE) for the boost converter is

                  disabled, and when voltage on this pin is below 0.8V minus the hysteresis, the boost PWM is enabled.

                  In boost mode operation, PFM is disabled when boost PWM is enabled. Check the "Boost Converter Operation" on page 13 for more

                  details.

                            2                                                                                                      FN7640.0

                                                                                                                                   September 29, 2011
                                          ISL85402

Functional Pin Descriptions (Continued)

PIN NAME     PIN #                        DESCRIPTION
   SYNC
                         This pin can be used to synchronize two or more ISL85402 controllers. Multiple ISL85402 can be synchronized with their SYNC pins
  LGATE                  connected together. 180 degree phase shift is automatically generated between the master and slave ICs.
  PGND          12 The internal oscillator can also lock to an external frequency source applied on this pin with square pulse waveform (with frequency
   BOOT                  10% higher than the IC's local frequency, and pulse width higher than 150ns). Range: 0V to 5.5V.
                         This pin should be left floating if not used.
    VIN
  SGND               In synchronous buck mode, this Pin is used to drive the lower side MOSFET to improve efficiency.
    VCC
AUXVCC         13   In non-synchronous buck when a diode is used as the bottom side power device, this pin should be connected to VCC before VCC
                     startup to have low-side driver (LGATE) disabled.
   PAD
                     In boost mode, it can be used to drive the boost power MOSFET. The boost control PWM is same with the buck control PWM.

                14 This pin is used as the ground connection of the power flow including driver. Connect it to large ground plane.

                         This pin provides bias voltage to the high-side MOSFET driver. A bootstrap circuit is used to create a voltage suitable to drive the
                15 internal N-channel MOSFET. The boot charge circuitries are integrated inside of the IC. No external boot diode is needed. A 1F

                         ceramic capacitor is recommended to be used between BOOT and PHASE pin.

             16, 17  Connect the input rail to these pins that are connected to the drain of the integrated high-side MOSFET as well as the source for the
                     internal linear regulator that provides the bias of the IC. Range: 3V to 36V.
                     With the part switching, the operating input voltage applied to the VIN pins must be under 36V. This recommendation allows for
                     short voltage ringing spikes (within a couple of ns time range) due to switching while not exceeding Absolute Maximum Ratings.

                18 This pin provides the return path for the control and monitor portions of the IC. Connect it to quite ground plane.

                19   This pin is the output of the internal linear regulator that supplies the bias for the IC including the driver. A minimum 4.7F
                     decoupling ceramic capacitor is recommended between VCC to ground.

                7 This pin is the input of the auxiliary internal linear regulator which can be supplied by the regulator output after power-up. With such
                        configuration, the power dissipation inside of the IC is reduced. The input range for this LDO is 3V to 20V.
                        In boost mode operation, this pin works as boost output overvoltage detection pin. It detects the boost output through a resistor
                        divider. When voltage on this pin is above 0.8V, the boost PWM disabled; and when voltage on this pin is below 0.8V minus the
                        hysteresis, the boost PWM is enabled.
                        Range: 0V to 20V.

                21   Bottom thermal pad. It is not connected to any electrical potential of the IC. In layout it must be connected to PCB ground copper
                     plane with area as large as possible to effectively reduce the thermal impedance.

Ordering Information

PART NUMBER               PART               TEMP.     PACKAGE                                                                      PKG. DWG. #
(Notes 1, 2, 3)         MARKING           RANGE (C)   (PB-Free)

ISL85402IRZ             85 402IRZ         -40 to +85   20 Ld 4x4 QFN                                                   L20.4x4C

ISL85402EVAL1Z          Evaluation Board

NOTES:
1. Add "-T*" suffix for tape and reel. Please refer to TB347 for details on reel specifications.
2. These Intersil Pb-free plastic packaged products employ special Pb-free material sets, molding compounds/die attach materials, and 100% matte
     tin plate plus anneal (e3 termination finish, which is RoHS compliant and compatible with both SnPb and Pb-free soldering operations). Intersil
     Pb-free products are MSL classified at Pb-free peak reflow temperatures that meet or exceed the Pb-free requirements of IPC/JEDEC J STD-020.
3. For Moisture Sensitivity Level (MSL), please see device information page for ISL85402. For more information on MSL please see techbrief TB363.

                     3                                                                                                                  FN7640.0

                                                                                                                                        September 29, 2011
                              Block Diagram                                                                                 AUXVCC                                  PGOOD                         VIN (x2)

                                                                                                         VCC

                                                            VIN

                                                                                                                                                                                         CURRENT
                                                                                                                                                                                         MONITOR

                                                     BIAS LDO                                                 AUXILARY LDO

4                                                                                                                                                                                                                             ILIMIT
                                                                                                                                                                                                                              BOOT
                                       SGND               POWER-ON                                                                                                                  VCC
                                                             RESET                                                                                                                                                            PHASE (x2)
                                            EN                                                                                                                                                                                LGATE
                              EXT_BOOST                                                                              OCP, OVP, OTP
                                                                                                                        PFM LOGIC
                                       MODE
                                                                                                              BOOST MODE CONTROL
                                       SYNC
                                            FS  PFM/FPWM

                                                     OSCILLATOR                                                                        VOLTAGE                       SLOPE               GATE DRIVE                                       ISL85402
                                                                                                                                       MONITOR                COMPENSATION                                BOOT REFRESH

                                                VCC                SOFT-START                                      0.8V                                         +
                                                                        LOGIC                                 REFERENCE                                               +

                                                          5A                                                                                             EA            COMPARATOR

                                                               SS                                                                   FB                        COMP                                                      PGND

September 29, 2011  FN7640.0
                                         ISL85402

Typical Application Schematic I

PGOOD         VIN                      VIN                              PGOOD            VIN             VIN
EN         BOOT                                         VOUT            EN            BOOT                                VOUT
MODE                                                                    MODE

SYNC                                                                    SYNC
AUXVCC                                                                  AUXVCC

VCC     ISL85402 PHASE                                                  VCC     ISL85402 PHASE
ILIMIT                                                                  ILIMIT
SS                       LGATE                                          SS                       LGATE
                           PGND                                                                    PGND

EXT_BOOST            FB                                                 EXT_BOOST               FB
FS         COMP                                                         FS            COMP
SGND                                                                    SGND

(a) SYNCHRONOUS BUCK                                                    (b) NON-SYNCHRONOUS BUCK

Typical Application Schematic II - VCC Switch-Over to VOUT

PGOOD                    VIN             VIN                            PGOOD            VIN             VIN
EN                    BOOT                                VOUT          EN            BOOT                                VOUT
MODE                                                                    MODE

SYNC                                                                    SYNC
AUXVCC                                                                  AUXVCC

VCC     ISL85402 PHASE                                                  VCC     ISL85402 PHASE
ILIMIT                                                                  ILIMIT
SS                       LGATE                                          SS                       LGATE
                           PGND                                                                    PGND

EXT_BOOST            FB                                                 EXT_BOOST               FB
FS         COMP                                                         FS            COMP
SGND                                                                    SGND

(a) SYNCHRONOUS BUCK                                                    (b) NON-SYNCHRONOUS BUCK

Typical Application Schematic III - Boost Buck Converter

                                                   Battery

                                         R1                     +                  +

                                         R2

                                 PGOOD   EXT_BOOST                              R3
                                 EN             LGATE                           R4
                                 MODE
                                 SYNC         AUXVCC                                             VOUT

                                 VCC     ISL85402                  VIN

                                 ILIMIT                        BOOT
                                 SS                           PHASE

                                 FS            PGND
                                 SGND               FB

                                         COMP

                      5                                                                                  FN7640.0

                                                                                                         September 29, 2011
                                              ISL85402

Absolute Maximum Ratings                                                                                     Thermal Information

VIN, PHASE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . GND - 0.3V to +44V        Thermal Resistance                                JA (C/W) JC (C/W)
VCC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . GND - 0.3V to +6.0V
AUXVCC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . GND - 0.3V to +22V      ISL85402 QFN 4x4 Package (Notes 4, 5). . . . . .  40        3.5
Absolute Boot Voltage, VBOOT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . +50.0V
Upper Driver Supply Voltage, VBOOT - VPHASE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . +6.0V                       Maximum Junction Temperature (Plastic Package) . . . . . . . . . . . . . . +150C
All Other Pins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . GND - 0.3V to VCC + 0.3V
ESD Rating                                                                                                   Maximum Storage Temperature Range. . . . . . . . . . . . . . . . . -65C to +150C

   Human Body Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2000V        Pb-free reflow profile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . see link below
   Machine Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200V
   Charged Device Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1000V        http://www.intersil.com/pbfree/Pb-FreeReflow.asp
Latchup Rating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100mA
                                                                                                             Recommended Operating Conditions

                                                                                                             Supply Voltage on VIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3V to 36V
                                                                                                             AUXVCC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . GND - 0.3V to +20V
                                                                                                             Ambient Temperature Range (Industrial). . . . . . . . . . . . . . . . . . -40C to +85C
                                                                                                             Junction Temperature Range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .-40C to +125C

CAUTION: Do not operate at or near the maximum ratings listed for extended periods of time. Exposure to such conditions may adversely impact product
reliability and result in failures not covered by warranty.

NOTES:
4. JA is measured in free air with the component mounted on a high effective thermal conductivity test board with "direct attach" features. See Tech
     Brief TB379.
5. For JC, the "case temp" location is the center of the exposed metal pad on the package underside.

Electrical Specifications Refer to "Block Diagram" on page 4 and "Typical Application Schematics" on page 5. Operating

Conditions Unless Otherwise Noted: VIN = 12V, or VCC = 4.5V 10%, TA = -40C to +85C. Typical are at TA = +25C. Boldface limits apply over
the operating temperature range, -40C to +85C.

                                                                                                                                  MIN                               MAX

PARAMETER                             SYMBOL                                                                 TEST CONDITIONS      (Note 6) TYP (Note 6) UNITS

VIN PIN SUPPLY                                       VIN Pin                                                                      3.05                              36        V
VIN Pin Voltage Range

                                                     VIN Pin connected to VCC                                                     3.05                              5.5       V

Operating Supply Current              IQ             MODE = VCC/FLOATING (PFM), no load at the                                                                 300            A

                                                     output

                                                     MODE = GND (Forced PWM), VIN = 12V,                                                                       1.2       mA
                                                     Non-switching

Standby Supply Current                IQ_SBY         EN connected to GND, VIN = 12V                                                                            1.8  3         A
INTERNAL MAIN LINEAR REGULATOR
MAIN LDO VCC Voltage                          VCC    VIN > 5V                                                                     4.2 4.5 4.8                                 V
MAIN LDO Dropout Voltage              VDROPOUT_MAIN  VIN = 4.2V, IVCC = 35mA
                                                     VIN = 3V, IVCC = 25mA                                                                                     0.3 0.5        V
VCC Current Limit of MAIN LDO
INTERNAL AUXILIARY LINEAR REGULATOR                                                                                                                            0.25 0.3       V

                                                                                                                                                               60        mA

AUXVCC Input Voltage Range                VAUXVCC                                                                                 3                                 20        V
AUX LDO VCC Voltage                          VCC
LDO Dropout Voltage                                  VAUXVCC > 5V                                                                 4.2 4.5 4.8                                 V
                                      VDROPOUT_AUX   VAUXVCC = 4.2V, IVCC = 35mA
Current Limit of AUX LDO                             VAUXVCC = 3V, IVCC = 25mA                                                                                 0.3 0.5        V

                                                                                                                                                               0.25 0.3       V

                                                                                                                                                               60        mA

AUX LDO Switch-over Rising Threshold  VAUXVCC_RISE AUXVCC voltage rise; Switch to Auxiliary LDO                                   3                            3.1 3.2        V

AUX LDO Switch-over Falling Threshold Voltage VAUXVCC_FALL AUXVCC voltage fall; Switch back to main BIAS 2.73 2.87 2.97 V
                                                                                        LDO

AUX LDO Switch-over Hysteresis        VAUXVCC_HYS AUXVCC Switch-over Hysteresis                                                                                0.2            V

                                6                                                                                                                                        FN7640.0

                                                                                                                                                                    September 29, 2011
                                                      ISL85402

Electrical Specifications Refer to "Block Diagram" on page 4 and "Typical Application Schematics" on page 5. Operating

Conditions Unless Otherwise Noted: VIN = 12V, or VCC = 4.5V 10%, TA = -40C to +85C. Typical are at TA = +25C. Boldface limits apply over
the operating temperature range, -40C to +85C. (Continued)

                                                                                                     MIN        MAX

               PARAMETER                 SYMBOL                        TEST CONDITIONS               (Note 6) TYP (Note 6) UNITS

POWER-ON RESET

Rising VCC POR Threshold                 VPORH_RISE                                                  2.82 2.9 3.05 V
Falling VCC POR Threshold                VPORL_FALL
VCC POR Hysteresis                       VPORL_HYS                                                         2.6 2.8   V
ENABLE
                                                                                                           0.3       V

Required Enable On Voltage               VENH                                                        2               V
Required Enable Off voltage              VENL
OSCILLATOR                                                                                                      0.8  V

PWM Frequency                            FOSC            RFS = 665k                                  160 200 240 kHz
                                                         RFS = 51.1k                                 1950 2200 2450 kHz
                                                         FS Pin Connected to VCC or Floating or GND  450 500 550 kHz

MIN ON Time                              tMIN_ON                                                           130 225 ns
MIN OFF Time                             tMIN_OFF                                                          210 325 ns
REFERENCE VOLTAGE

Reference Voltage                        VREF                                                              0.8       V
System Accuracy
                                                                                                     -1.0       +1.0 %

FB Pin Source Current                                                                                      5         nA

SOFT-START

Soft-Start Current                       ISS                                                         3     5    7    A

ERROR AMPLIFIER

Unity Gain-Bandwidth                                     CLOAD = 50pF                                      10        MHz
DC Gain                                                  CLOAD = 50pF
Maximum Output Voltage                                                                                     88        dB

                                                                                                           3.6       V

Minimum Output Voltage                                                                                     0.5       V

Slew Rate                                SR              CLOAD = 50pF                                      5         V/s
PFM MODE CONTROL

Default PFM Current Threshold                            MODE = VCC or Floating                            700       mA

INTERNAL HIGH-SIDE MOSFET

Upper MOSFET rDS(ON)                     rDS(ON)_UP                                                        125 180 m
LOW-SIDE MOSFET GATE DRIVER

LGate Source Resistance                                  100mA Source Current                              3.5      

LGATE Sink Resistance                                    100mA Sink Current                                3.3      

BOOST CONVERTER CONTROL

EXT_BOOST Boost_Off Threshold Voltage                                                                0.74 0.8 0.86 V

EXT_BOOST Hysteresis Sink Current        IEXT_BOOST_HYS                                              2.4 3.2 3.8 A
AUXVCC Boost Turn-Off Threshold Voltage                                                              0.74 0.8 0.86 V

AUXVCC Hysteresis Sink Current           IAUXVCC_HYS                                                 2.4 3.2 3.8 A

                                7                                                                                    FN7640.0

                                                                                                                September 29, 2011
                                                              ISL85402

Electrical Specifications Refer to "Block Diagram" on page 4 and "Typical Application Schematics" on page 5. Operating

Conditions Unless Otherwise Noted: VIN = 12V, or VCC = 4.5V 10%, TA = -40C to +85C. Typical are at TA = +25C. Boldface limits apply over
the operating temperature range, -40C to +85C. (Continued)

                                                                                                                                                        MIN                              MAX

         PARAMETER                                SYMBOL                                                                          TEST CONDITIONS       (Note 6) TYP (Note 6) UNITS

POWER-GOOD MONITOR

Overvoltage Rising Trip Point                      VFB/VREF   Percentage of Reference Point                                                             104 110 116 %
Overvoltage Rising Hysteresis                    VFB/VOVTRIP  Percentage Below OV Trip Point
Undervoltage Falling Trip Point                               Percentage of Reference Point                                                                                     3             %
Undervoltage Falling Hysteresis                    VFB/VREF   Percentage Above UV Trip Point
PGOOD Rising Delay                               VFB/VUVTRIP  fOSC = 500kHz                                                                             84                      90       96   %
PGOOD Leakage Current                           tPGOOD_DELAY  PGOOD HIGH, VPGOOD = 4.5V
PGOOD Low Voltage                                             PGOOD LOW, IPGOOD = 0.2mA                                                                                         3             %
OVERCURRENT PROTECTION                              VPGOOD
                                                                                                                                                                                2             ms

                                                                                                                                                                                10            nA

                                                                                                                                                                                0.10          V

Default Cycle-by-Cycle Current Limit Threshold    IOC_1       ILIMIT = GND or VCC or Floating                                                           3                       3.6 4.2       A
Hiccup Current Limit Threshold                    IOC_2       Hiccup, IOC_2/IOC_1
OVERVOLTAGE PROTECTION                                                                                                                                                          115           %

OV Latching-off Trip Point                                    Percentage of Reference Point                                                                                     120           %
                                                              LG = UG = LATCH LOW

OV Non-Latching-off Trip Point                                Percentage of Reference Point                                                                                     110           %
                                                              LG = UG = LOW

OV Non-Latching-off Release Point                             Percentage of Reference Point                                                                                     102.5         %

OVER-TEMPERATURE PROTECTION

Over-Temperature Trip Point                                                                                                                                                     155           C

Over-Temperature Recovery Threshold                                                                                                                                             140           C

NOTE:
6. Parameters with MIN and/or MAX limits are 100% tested at +25C, unless otherwise specified. Temperature limits established by characterization
     and are not production tested.

Performance Curves

100              12V VIN              24V VIN     36V VIN                                                                         100                   6V VIN
95      6V VIN                                                                                                                    95      12V VIN
90EFFICIENCY (%)                                                                                                                  90
85                                                                                                               EFFICIENCY (%)   85                                  24V VIN  36V VIN
80                                                                                                                                80
75      0.5                     1.0  1.5         2.0         2.5                                                                  75      1m      10m                          100m         1.0 2.5
70                                                                                                                                70
65                                                                                                                                65
60                                                                                                                                60
55                                                                                                                                55
50                                                                                                                                50
45                                                                                                                                  0.1m
40
35
30
    0.0

                                LOAD CURRENT (A)                                                                                                   LOAD CURRENT (A)

FIGURE 3. EFFICIENCY, SYNCHRONOUS BUCK, FORCED PWM                                                                                FIGURE 4. EFFICIENCY, SYNCHRONOUS BUCK, PFM MODE,
                 MODE, 500kHz, VOUT 5V, TA = +25C                                                                                               VOUT 5V, TA = +25C

                                 8                                                                                                                                                            FN7640.0

                                                                                                                                                                                       September 29, 2011
                                                                                                  ISL85402

Performance Curves (Continued)

                    4.970                                                                                                           4.970

                    4.968                                                                                                           4.968

                    4.966                                                                                                           4.966

                    4.964                                                                                                           4.964

VOUT (V)            4.962     IO = 0A      IO = 2A                                                         VOUT (V)                 4.962     24V VIN
                    4.960                                                                                                           4.960
                                                                                                                                                                6V VIN

                    4.958                                                                                                           4.958

                    4.956                                IO = 1A                                                                    4.956              36V VIN
                    4.954
                                                                                                                                    4.954                                 12V VIN
                                                                                                                                    4.952
                    4.952

                    4.950                                                                                                           4.950
                           0  5        10       15       20       25                         30       36                                 0.0         0.5            1.0            1.5       2.0      2.5

                                           INPUT VOLTAGE (V)                                                                                                    LOAD CURRENT (A)

                         FIGURE 5. LINE REGULATION, VOUT 5V, TA = +25C                                                                  FIGURE 6. LOAD REGULATION, VOUT 5V, TA = +25C

                    100                                                                                                             100
                     95
                     90                                                                                                             95                          6V VIN
                     85
                     80                                  24V VIN                                                                    90
                     75                                                                                                                                12V VIN
                     70
                     65                                                                                                             85
                     60
EFFICIENCY (%)       55                         12V VIN                                      36V VIN       EFFICIENCY (%)           80
                     50            6V VIN
                     45                                                                                                             75                                                   36V VIN
                     40
                     35                                                                                                             70                          24V VIN
                     30
                         0.0                                                                                                        65

                                                                                                                                    60

                                                                                                                                    55

                                                                                                                                    50

                                                                                                                                    45

                              0.5          1.0               1.5      2.0                             2.5                           40                          10m                100m           1.0 2.5
                                                                                                                                       0.1m 1m

                                           LOAD CURRENT (A)                                                                                                     LOAD CURRENT (A)

                    FIGURE 7. EFFICIENCY, SYNCHRONOUS BUCK, FORCED PWM                                                     FIGURE 8. EFFICIENCY, SYNCHRONOUS BUCK, PFM MODE,
                                   MODE, 500kHz, VOUT 3.3V, TA = +25C                                                                    VOUT 3.3V, TA = +25C

                    200                                                                                                             85

                    180                                                                                                             80
                                                                                  VIN = 12V
                                                                                                           IC DIE TEMPERATURE (C)  75
                    160

INPUT CURRENT (A)                                                                                                                  70

                    140                                                                                                             65                                    VO = 20V

                    120                                                                                                             60

                    100                                           VIN = 24V                                                         55                          VO = 12V
                                                                                                                                    50
                    80
                                                                                                                                            VO = 5V
                    60                                                                                                              45

                                                                                                                                    40

                    40                                                                                                              35

                    20                                                                                                              30

                    0                                                                                                               25
                    -50       -25      0   25            50       75                         100      125                                0    5        10       15        20       25    30       35  40

                                       AMBIENT TEMPERATURE (C)                                                                                                          VIN (V)

                    FIGURE 9. INPUT QUIESCENT CURRENT UNDER NO LOAD,                                       FIGURE 10. IC DIE TEMPERATURE UNDER +25C AMBIENT
                                   PFM MODE, VOUT = 5V                                                                      TEMPERATURE, STILL AIR, 500kHz, IO = 2A

                                                9                                                                                                                                                     FN7640.0

                                                                                                                                                                                         September 29, 2011
                                                                        ISL85402

Performance Curves (Continued)

                         85

                         80                        VO = 20V

IC DIE TEMPERATURE (C)  75                                                                         VOUT 2V/DIV

                         70                                                                     PHASE 20V/DIV

                         65              VO = 12V                                                                       2ms/DIV

                         60                                                 FIGURE 12. SYNCHRONOUS BUCK MODE, VIN 36V, IO 2A,
                         55 VO = 5V                                                          ENABLE ON

                         50

                         45

                         40

                         35

                         30

                         25  0  5    10  15        20       25  30  35  40

                                                   VIN (V)

FIGURE 11. IC DIE TEMPERATURE UNDER +25C AMBIENT
                 TEMPERATURE, STILL AIR, 500kHz, IO = 2.5A

                                   VOUT 2V/DIV                                                        VOUT 2V/DIV
                                    PHASE 20V/DIV                                 PHASE 20V/DIV

                                            2ms/DIV                                                                    2ms/DIV

FIGURE 13. SYNCHRONOUS BUCK MODE, VIN 36V, IO 2A,                                       FIGURE 14. VIN 36V, PREBIASED START-UP
                 ENABLE OFF
                                                                                                          VOUT 100mV/DIV (5V OFFSET)
                           VOUT 20mV/DIV (5V OFFSET)
                                                                               IOUT 1A/DIV
                         PHASE 20V/DIV
                                                                            PHASE 20V/DIV
                                            5s/DIV
                                                                                                                      1ms/DIV
FIGURE 15. SYNCHRONOUS BUCK WITH FORCE PWM MODE,
                 VIN 36V, IO 2A                                             FIGURE 16. VIN 24V, 0 TO 2A STEP LOAD, FORCE PWM MODE

                                   10                                                                                                                                 FN7640.0
                                                                                                                                                        September 29, 2011
                                            ISL85402

Performance Curves (Continued)

VOUT 70mV/DIV (5V OFFSET)      VOUT 1V/DIV                                         VOUT 200mV/DIV (5V OFFSET)
LGATE 5V/DIV                                                                         LGATE 5V/DIV

PHASE 20V/DIV                                                                        IOUT 1A/DIV
                                                                                     PHASE 20V/DIV

                            100s/DIV                                                                                  1ms/DIV

FIGURE 17. VIN 24V, 80mA LOAD, PFM MODE                                            FIGURE 18. VIN 24V, 0 TO 2A STEP LOAD, PFM MODE

VOUT 10mV/DIV (5V OFFSET)                                                                        VOUT 10mV/DIV (5V OFFSET)
     PHASE 5V/DIV                                                                  PHASE 10V/DIV

                                           20s/DIV                                                                            5s/DIV

FIGURE 19. NON-SYNCHRONOUS BUCK, FORCE PWM MODE,                                   FIGURE 20. NON-SYNCHRONOUS BUCK, FORCE PWM MODE,
                 VIN 12V, NO LOAD                                                                   VIN 12V, 2A

   VOUT BUCK 100mV/DIV (5V OFFSET)                                                   VOUT BUCK 100mV/DIV (5V OFFSET)
  VIN_BOOST_INPUT 5V/DIV                                                                                                                      VIN_BOOST_INPUT 5V/DIV
                                                                                                                                                 PHASE_BOOST 10V/DIV
                                                             PHASE_BOOST 10V/DIV                                                                  PHASE_BUCK 10V/DIV

                                                               PHASE_BUCK 10V/DIV                                             10ms/DIV

                                           20ms/DIV                                FIGURE 22. BOOST BUCK MODE, BOOST INPUT STEP FROM
                                                                                                    3V TO 36V, VOUT BUCK = 5V, IOUT_BUCK = 1A
FIGURE 21. BOOST BUCK MODE, BOOST INPUT STEP FROM
                 36V TO 3V, VOUT BUCK = 5V, IOUT_BUCK = 1A

                           11                                                                                  FN7640.0

                                                                                                               September 29, 2011
Performance Curves (Continued)  ISL85402

                                                  VOUT 5V/DIV

                                                                       IL_BOOST 2A/DIV

                                PHASE_BOOST 20V/DIV
                                PHASE_BUCK 20V/DIV

                                                                                          10ms/DIV

                      FIGURE 23. BOOST BUCK MODE, VO = 9V, IO= 1.8A, BOOST INPUT DROPS FROM 16V TO 9V DC

Functional Description                                                  PWM Control

Initialization                                                          Pulling the MODE pin to GND will set the IC in forced PWM mode.
                                                                        The ISL85402 employ the peak current mode PWM control for fast
Initially the ISL85402 continually monitors the voltage at EN pin.      transient response and cycle-by-cycle current limiting. See "Block
When the voltage on EN pin exceeds its rising ON threshold, the         Diagram" on page 4.
internal LDO will start up to build up VCC. After Power-On Reset
(POR) circuits detect that VCC voltage has exceeded the POR             The PWM operation is initialized by the clock from the oscillator. The
threshold, the soft-start will be initiated.                            upper MOSFET is turned on by the clock at the beginning of a PWM
                                                                        cycle and the current in the MOSFET starts to ramp up. When the
Soft-Start                                                              sum of the current sense signal and the slope compensation signal
                                                                        reaches the error amplifier output voltage level, the PWM
The soft-start (SS) ramp is built up in the external capacitor on the   comparator is trigger to shut down the PWM logic to turn off the
SS pin that is charged by an internal 5A current source.               high-side MOSFET. The high-side MOSFET stays off until the next
                                                                        clock signal comes for next cycle.
CSS[F] = 6.5  tSS[S]            (EQ. 1)

The SS ramp starts from 0 to voltage above 0.8V. Once SS reaches        The output voltage is sensed by a resistor divider from VOUT to FB
0.8V, the bandgap reference takes over and IC gets into steady state    pin. The difference between FB voltage and 0.8V reference is
operation.                                                              amplified and compensated to generate the error voltage signal at
                                                                        COMP pin. Then the COMP pin signal is compared with the current
The SS plays a vital role in the hiccup mode of operation. The IC       ramp signal to shut down the PWM.
works as cycle-by-cycle peak current limiting at over load condition.
When a harsh con dit on occurs and the current in upper side            PFM Mode Operation
MOSFET reach the second overcurrent threshold, the SS pin is pulled
to ground and a dummy soft-start cycle is initiated. At dummy SS        To pull the MODE pin HIGH (>2.5V) or leave the MODE pin floating
cycle, the current to charge soft-start cap is cut down to 1/5 of its   will set the IC to have PFM (Pulse Frequency Modulation) operation
normal value. So a dummy SS cycle takes 5x of the regular SS cycle.     in light load. In PFM mode, the switching frequency is dramatically
During the dummy SS period, the control loop is disabled and no         reduced to minimize the switching loss. The ISL85402 enters PFM
PWM output. At the end of this cycle, it will start the normal SS. The  mode when the MOSFET peak current is lower than the PWM/PFM
hiccup mode persist until the second overcurrent threshold is no        boundary current threshold. This threshold is 700mA as default
longer reached.                                                         when there is no programming resistor at MODE pin.

The ISL85402 is capable of starting up with prebiased output.           The current threshold for PWM/PFM boundary can be

                                                                        programmed by choosing the MODE pin resistor value calculated

                                                                        from Equation 2, where IPFM is the desired PWM/PFM boundary

                                                                        current threshold and RMODE is the programming resistor.

                                                                        RMODE  =        ------1-----1-----8-----5-----0-----0--------  (EQ. 2)
                                                                                        IPFM + 0.2

                      12                                                                                                               FN7640.0

                                                                                                                                       September 29, 2011
                                                         ISL85402

           500                                                           output current. The output current should be derated under any
                                                                         conditions causing the die temperature exceeding +125C.
           400
                                                                         Basically, the die temperature equals to the sum of ambient
RMODE (k)  300                                                           temperature and the temperature rise resulting from the power
                                                                         dissipated the IC package with a certain junction to ambient
           200                                                           thermal impedance JA. The power dissipated in the IC is related
                                                                         to the MOSFET switching loss, conduction loss and the internal
           100                                                           LDO loss. Besides the load, these losses are also related to input
                                                                         voltage, output voltage, duty cycle, switching frequency and
           0                                                             temperature. With exposed pad at bottom, the heat of the IC
           0.0  0.2  0.4  0.6  0.8             1.0  1.2  1.4             mainly goes through the bottom pad and JA is greatly reduced.
                                                                         The JA is highly related to layout and air flow conditions. In
                          IPFM (A)                                       layout, multiple vias (9) are strongly recommended in the IC
                                                                         bottom pad. And the bottom pad with its vias should be placed in
                     FIGURE 24. RMODE vs IPFM                            ground copper plane with area as large as possible multiple
                                                                         layers. The JA can be reduced further with air flow. Refer to
Synchronous and Non-Synchronous Buck                                     Figures 8 and 9 for the thermal performance with 100 CFM air
                                                                         flow.
The ISL85402 supports both Synchronous and non-synchronous
buck operations. For a non-synchronous buck operation when a             Boost Converter Operation
power diode is used as the low-side power device, the LGATE driver
can be disabled with LGATE connected to VCC (before IC start-up).        "Typical Application Schematic III - Boost Buck Converter" on
                                                                         page 5, shows the circuits where the boost works as a pre-stage to
Input Voltage                                                            provide input to the following Buck stage. This is for applications
                                                                         when the input voltage could drop to a very low voltage in some
With the part switching, the operating ISL85402 input voltage            constants (in some battery powered systems as for example),
must be under 36V. This recommendation allows for short                  causing the output voltage drops out of regulation. The boost
voltage ringing spikes (within a couple of ns time range) due to         converter can be enabled to boost the input voltage up to keep the
part switching while not exceeding the 44V as Absolute                   output voltage in regulation. When system input voltage recovers
Maximum Ratings.                                                         back to normal, the boost stage is disabled while only the buck
                                                                         stage is switching.
Output Voltage
                                                                         EXT_BOOST pin is used to set boost mode and monitor the boost
The ISL85402 output voltage can be programmed down to 0.8V by            input voltage. At IC start-up before soft-start, the controller will be
a resistor divider from VOUT to FB. The maximum achievable voltage       latched in boost mode when the voltage is on above 200mV; it will
is (VIN*DMAX - VDROP), where VDROP is the voltage drop in the            latch in synchronous buck mode if voltage on this pin is below
power path including mainly the MOSFET rDS(ON) and inductor DCR.         200mV. In boost mode the low-side driver output PWM has the
The maximum duty cycle DMAX is decided by (1/Fs - tMIN(OFF)).            same PWM signal with the buck regulator.

Output Current                                                           In boost mode, the EXT_BOOST pin is used to monitor boost output
                                                                         voltage to turn on and turn off the boost PWM. The AUXVCC pin is
With the high-side MOSFET integrated, the maximum output                 used to monitor the boost output voltage to turn on and turn off the
current, which the ISL85402 can support is decided by the package        boost PWM.
and many operating conditions. Thus, including input voltage, output
voltage, duty cycle, switching frequency and temperature, etc. Note      Referring to Figure 25 on page 14, a resistor divider from boost
the following points.                                                    input voltage to EXT_BOOST pin is used to detect the boost input
                                                                         voltage. When the voltage on EXT_BOOST pin is below 0.8V, the
The maximum DC output current is 5A limited by the package.            boost PWM is enabled with a fixed 500s soft-start and the boost
                                                                         duty cycle increase linearly from tMIN(ON)*Fs to ~50%, and a 3A
From the thermal perspective, the die temperature shouldn't            sinking current is enabled at EXT_BOOST pin for hysteresis purpose.
   exceed +125C with the power loss dissipated inside of the IC.        When the voltage on the EXT_BOOST pin recovers to be above 0.8V,
   Figures 10 and 11 show the thermal performance of this part           the boost PWM is disabled immediately. Use Equation 3 to calculate
   operating at different conditions.                                    the upper resistor RUP (R1 in Figure 25) for a desired hysteresis VHYS
                                                                         at boost input voltage.
Figures 10 and 11 shows 2A and 2.5A applications under +25C
still air conditions over VIN range. The temperature rise data in these  RUP[M] = -3V-----[H------Y---A--S---]-                  (EQ. 3)
Figures can be used to estimate the die temperature at different
ambient temperatures under various operating conditions. Note that       Use Equation 4 to calculate the lower resistor RLOW (R2 in Figure 25)
more temperature rise is expected at higher ambient temperature          according to a desired boost enable threshold.
due to more conduction loss caused by rDS(ON) increase.
                                                                         RLOW  =  ----R------U-----P----------0-----.--8-------  (EQ. 4)
Generally, the part can output 2.5A in typical application                        VFTH 0.8
condition VIN 8~30V, VO 5V, 500kHz, still air and +85C ambient
conditions. For any other operating conditions, refer to the
previous mentioned thermal curves to estimate the maximum

                          13                                                                                                     FN7640.0

                                                                                                                                 September 29, 2011
                                                                          ISL85402

Where VFTH is the desired falling threshold on boost input                                 the boost output voltage that is 5.2V (Equation 7), meaning the
voltage to turn on the boost, 3A is the hysteresis current, and                           VIN pin (buck input) still sees 5.2V to keep the IC working.
0.8V is the reference voltage to be compared with.
                                                                                           Note in the previous mentioned case, the boost input current could
Note the boost start-up threshold has to be selected in a way that                         be high because the input voltage is very low
the buck is operating working well and kept in close loop                                  (VIN*IIN = VOUT*IOUT*Efficiency). If the design is to achieve the low
regulation before boost start-up. Otherwise, large in-rush current                         input operation with full load, the inductor and MOSFET have to be
at boost start-up could occur at boost input due to the buck open                          selected to be with enough current ratings to handle the high current
loop saturation.                                                                           appearing at boost input. The boost inductor current are the same
                                                                                           with the boost input current, which can be estimated as Equation 8,
Similarly, a resistor divider from boost output voltage to AUXVCC pin                      where POUT is the output power, VBAT is the boost input voltage, EFF
                                                                                           is the estimated efficiency of the whole boost and buck stages.
is used to detect the boost output voltage. When the voltage on
                                                                                           ILIN = -V----B-----AP-----T-O-----U----E-T----F-----F--                                                                     (EQ. 8)
AUXVCC pin is below 0.8V, the boost PWM is enabled with a fixed
                                                                                           Based on the same concerns of boost input current, the IC should be
500s soft-start, and a 3A sinking current is enabled at AUXVCC                           disabled before the boost input voltage rise above a certain level.

pin for hysteresis purposes. When the voltage on the AUXVCC pin                            PFM is not available in boost mode.

recovers to be above 0.8V, the boost PWM is disabled immediately.                          Oscillator and Synchronization

Use Equation 3 to calculate the upper resistor RUP (R3 in Figure 25)
according to a desired hysteresis VHY at boost output voltage. Use
Equation 4 to calculate the lower resistor RLOW (R4 in Figure 25)
according to a desired boost enable threshold at boost output.

Assuming VBAT is the boost input voltage, VOUTBST is the boost                             The oscillator has a default frequency of 500kHz with FS pin
output voltage and VOUT is the buck output voltage, the steady state                       connected to VCC, or ground, or floating. The frequency can be
transfer function are:                                                                     programmed to any frequency between 200kHz and 2.2MHz with a
                                                                                           resistor from FS pin to GND.
VOUTBST  =  -------1----------    VBA  T                                  (EQ. 5)
            1D

         D  VOUTBST                       -------D----------              (EQ. 6)          RFS[k] = -1----4-----5-----0-----0-----0--F-----S-----[-1---k--6---H------z--F--]---S-----[---k-----H------z----]-         (EQ. 9)
                                          1D
VOUT  =                           =                             VB  A  T

From Equations 5 and 6, Equation 7 can be derived to estimate the
steady state boost output voltage as function of VBAT and VOUT:

VOUTBST = VBAT + VOUT                                                     (EQ. 7)

After the IC starts up, the boost buck converters can keep working
when the battery voltage drops extremely low because the IC's bias
(VCC) LDO is powered by the boost output. For example, a 3.3V
output application, battery drops to 2V, VIN pin voltage is powered by

                                                                          BATTERY                                                                                               VOUT_BST
                                                                                        +                                                           +

                                R1                                            0.8V         LOGIC
                                             EXT_BOOST                    I_HYS = 3A
                                                                                                                                                                                                                LGATE
                                R2                                            0.8V
                                                                          I_HYS = 3A             PWM                                               LGATE
                                R3                                                                                                                  DRIVE
                                                 AUXVCC
                                                                          FIGURE 25. BOOST CONVERTER CONTROL
                                R4
                                                                                                                                                                                                                                    FN7640.0
                                               14                                                                                                                                                                      September 29, 2011
                                                                                                      ISL85402

1200                                                                                                                          370

1000                                                                                                                          320

800                                                                                                                           270

RFS (k)600                                                                                                                    220
                                                                                                                    RLIM (k)

400                                                                                                                           170

200                                                                                                                           120

0                                                                                                                             70
      0  500                                                                    1000      1500  2000  2500                    0.0  1.0  2.0  3.0  4.0               5.0  6.0

                                                                                FS (kHz)                                                                  IOC1 (A)

         FIGURE 26. RFS vs FREQUENCY                                                                                                    FIGURE 27. RLIM vs IOC1

With the SYNC pins simply connected together, multiple ISL85402s

can be synchronized. The slave ICs automatically have 180 phase                                                Overvoltage Protection

shift with respective to the master IC.                                                                         If the voltage detected on the FB pin is over 110% of reference, the
                                                                                                                high-side and low-side driver shuts down immediately and won't be
With an external square pulse waveform (with frequency 10% higher                                               allowed on until FB voltage drops to 0.8V. When the FB voltage
than the local frequency, 10% to 90% duty cycle and pulse width                                                 drops to 0.8V, the drivers are released to ON. If the 120%
higher than 150ns) on SYNC pin. Thus, the ISL85402 will                                                         overvoltage threshold is reached, the high-side and low-side driver
synchronize its switching frequency to the fundamental frequency of                                             shuts down immediately and the IC is latched off. The IC has to be
the input waveform. The internal oscillator synchronizes with the                                               reset for restart.
leading edge of the input signal. The rising edge of UGATE PWM is
delayed by 180 from the leading edge of the external clock signal.                                             Thermal Protection

Fault Protection                                                                                                The ISL85402 PWM will be disabled if the junction temperature
                                                                                                                reaches +155C. A +15C hysteresis insures that the device will not
Overcurrent Protection                                                                                          restart until the junction temperature drops below +140C.

The overcurrent function protects against any overload condition                                                Component Selections
and output short at worst case, by monitoring the current flowing
through the upper MOSFET.                                                                                       Output Capacitors

There are 2 current limiting thresholds. The first one IOC1 is to limit                                         Output capacitors are required to filter the inductor current and
the high-side MOSFET peak current cycle-by-cycle. The current limit                                             supply the load transient current.

threshold is set to default at 3.6A with ILIMIT pin connected to GND                                            All ceramic output capacitors are achievable with this IC. Also in
                                                                                                                some applications, the aluminum electrolytic type capacitors are
or VCC, or left open. The current limit threshold can also be                                                   added to the output to provide better load transient and longer
                                                                                                                holdup time for the load. When low cost, high ESR aluminum
programmed by a resistor RLIM at ILIMIT pin to ground. Use                                                      capacitor is used at output, a ceramic capacitor (2.2F to 10F)
Equation 10 to calculate the resistor.                                                                          is recommended to handle the ripple current and reduce the
                                                                                                                total equivalent ESR effectively.
RLIM = -I--O-----C-----[3---A--0----]-0----+-0-----0-0----0-.--0----1-----8---                        (EQ. 10)

Note that IOC1 is higher with lower RLIM. IOC1 reaches its                                                      Input Capacitors
maximum 5.4A with RLIM at 54.9k (TYP). With RLIM lower than
54.9k (TYP), the OC limit goes to its default value of 3.6A (TYP).                                              Depending on the system input power rail conditions, the
                                                                                                                aluminum electrolytic type capacitor is normally needed to
The second current protection threshold IOC2 is 15% higher than                                                 provide the stable input voltage. Thus, restrict the switching
IOC1 mentioned previously. Upon instant when the high-side MOSFET                                               frequency pulse current in small area over the input traces for
current reaches IOC2, the PWM is shut off after 2-cycle delay and the                                           better EMC performance. The input capacitor should be able to
IC enters hiccup mode. In hiccup mode, the PWM is disabled for                                                  handle the RMS current from the switching power devices.

dummy soft-start duration equaling to 5 regular soft-start periods.                                             Ceramic capacitors must be used at VIN pin of the IC and
                                                                                                                multiple capacitors including 1F and 0.1F are recommended.
After this dummy soft-start cycle, the true soft-start cycle is                                                 Place these capacitors as closely as possible to the IC.

attempted again. The IOC2 offers a robust and reliable protections
against the worst case conditions.

The frequency foldback is implemented for the ISL85402. When
overcurrent limiting, the switching frequency is reduced to be
proportional to output voltage in order to keep the inductor current
under limit threshold during overload condition. The low limit of
frequency under frequency foldback operation is 40kHz.

                                                                                15                                                                                       FN7640.0
                                                     ISL85402

Buck Output Inductor                                                  Boost Output Capacitor

Generally the inductor should filter the current ripple to be         Based on the same theory in boost start-up described previously
30~50% of the regulator's maximum average output current.             in boost inductor selection, a large capacitor at boost output will
The low DCR inductor should be selected for the highest               cause high in-rush current at boost PWM start-up. 22F is a good
efficiency and the inductor saturation current rating should be       choice for applications with buck output voltage less than 10V.
higher than the highest transient expected.                           Also some minimum amount of capacitance has to be used in
                                                                      boost output to keep the system stable.
Low-Side Power MOSFET
                                                                      Layout Suggestions
In Synchronous buck application, a power N-MOSFET is needed as
the synchronous low-side MOSFET and it must have low rDS(ON), low      1. Put the input ceramic capacitors at the closest place to the IC
Rg (Rg_typ < 1.5 recommended), Vgth (Vgth_min  1.2V) and Qgd. A            VIN pin and power ground connecting to power MOSFET or
good example is BSZ100N06LS3G.                                             Diode. Keep this loop (input ceramic capacitor, IC VIN pin and
                                                                           MOSFET/Diode) as tiny as possible to achieve the least
Output Voltage Feedback Resistor Divider                                   voltage spikes induced by the trace parasitic inductance.

The output voltage can be programmed down to 0.8V by a resistor        2. Put the input aluminum capacitors close to IC VIN pin.
                                                                       3. Keep the phase node copper area small but large enough to
divider from VOUT to FB according to Equation 11.
                                                                           handle the load current.
VOUT  =  0.8      1  +  ----R-----U-----P------      (EQ. 11)          4. Put the output ceramic and aluminum capacitors also close
               
                 RLOW                                                      to the power stage components.
                                                                       5. Put vias (9) in the bottom pad of the IC. The bottom pad
In an application requiring least input quiescent current, large
resistors should be used for the divider. 232k is recommended for          should be placed in ground copper plane with area as large as
the upper resistor.                                                        possible in multiple layers to effectively reduce the thermal
                                                                           impedance.
Compensation Network                                                   6. Put the 4.7F ceramic decoupling capacitor at VCC pin the
                                                                           closest place to the IC. And put multiple vias (3) right close
With peak current mode control, Type II compensation is normally           to the ground pad of this capacitor.
used for most of the applications. But in applications to achieve      7. Keep the bootstrap capacitor close to the IC.
higher bandwidth, Type III is better.                                  8. Keep the LGATE drive trace as short as possible and try to
                                                                           avoid use via in LGATE drive path to achieve the lowest
Note that in an application where PFM mode is desired and type             impedance.
III compensation network is used, the value of the capacitor           9. Put the positive voltage sense trace close to the place to be
between COMP pin and FB pin (not the capacitor in series with              strictly regulated.
the resistor between COMP and FB) should be minimal to reduce         10. Put all the peripheral control components close to the IC.
the noise coupling for proper PFM operations. 10pF is
recommended for this capacitor between COMP and FB at PFM                                    FIGURE 28. PCB VIA PATTERN
applications. Thus, a capacitor (<1nF) at FB pin to ground helps
the proper PFM mode operation.

Boost Inductor

Besides the need to sustain the current ripple to be within a
certain range (30% to 50%), the boost inductor current at its
soft-start is a more important perspective to be considered in
selection of the boost inductor. Each time the boost starts up,
there is a fixed 500s soft-start time when the duty cycle
increases linearly from tMIN(ON)*Fs to ~50%. Before and after
boost start-up, the boost output voltage will jump from
VIN_BOOST to voltage (VIN_BOOST + VOUT_BUCK). The design target
in boost soft-start is to ensure the boost input current is
sustained to minimum but capable to charge the boost output
voltage to have a voltage step equaling to VOUT_BUCK. A big
inductor will block the inductor current to increase and not high
enough to be able to charge the output capacitor to the final
steady state value (VIN_BOOST + VOUT_BUCK) within 500s. A
6.8H inductor is a good starting point for its selection in design.
The boost inductor current at start-up must be checked by
oscilloscope to ensure it is under acceptable range.

                                                 16                   FN7640.0
                                     ISL85402

Revision History

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DATE       REVISION                            CHANGE

9/29/2011  FN7640.0 Initial Release

Products

Intersil Corporation is a leader in the design and manufacture of high-performance analog semiconductors. The Company's products
address some of the industry's fastest growing markets, such as, flat panel displays, cell phones, handheld products, and notebooks.
Intersil's product families address power management and analog signal processing functions. Go to www.intersil.com/products for a
complete list of Intersil product families.

For a complete listing of Applications, Related Documentation and Related Parts, please see the respective device information page on
intersil.com: ISL85402

To report errors or suggestions for this datasheet, please go to: www.intersil.com/askourstaff

FITs are available from our website at: http://rel.intersil.com/reports/search.php

                                                           For additional products, see www.intersil.com/product_tree

                                 Intersil products are manufactured, assembled and tested utilizing ISO9000 quality systems as noted
                                                      in the quality certifications found at www.intersil.com/design/quality

Intersil products are sold by description only. Intersil Corporation reserves the right to make changes in circuit design, software and/or specifications at any time
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                                            For information regarding Intersil Corporation and its products, see www.intersil.com

           17                                          FN7640.0
                                                    ISL85402

Package Outline Drawing

L20.4x4C

20 LEAD QUAD FLAT NO-LEAD PLASTIC PACKAGE
Rev 0, 11/06

                          4.00             A                                                                             4X 2.0
                                                                                                                   16X 0.50
                                              B                                                            16                           6

                                                                                                                                 20     PIN #1 INDEX AREA

6

PIN 1                                                                                                                                1

INDEX AREA                                                                                             15

                                              4.00                                                                                         2 .70 0 . 15

                                                                                            11                                       5

(4X) 0.15                                                                    0 . 90 0 . 1
                                                    ( 20X 0 . 5 )
                                                                                                           10                    6
                                                                                                           20X 0.4 0.10                 0.10 M C A B

                                                                                                                                     4 20X 0.25 +0.05 / -0.07

                      TOP VIEW

                                                                                                              BOTTOM VIEW

( 3. 8 TYP )                                                                                                                             SEE DETAIL "X"
           ( 2. 70 )
                                                                                                                                                 0.10 C
                                                                                                                                                               C

                                                                                                                                        BASE PLANE
                                                                                                                                                 SEATING PLANE
                                                                                                                                                               0.08 C

                                                                                                              SIDE VIEW

                                                                                       ( 20X 0 . 25 )      C  0 . 2 REF          5
                                                                                      ( 20X 0 . 6)
                                                                                                              0 . 00 MIN.
       TYPICAL RECOMMENDED LAND PATTERN                                                                       0 . 05 MAX.

                                                                                                              DETAIL "X"

                                                                                                       NOTES:

                                                                                                          1. Dimensions are in millimeters.
                                                                                                               Dimensions in ( ) for Reference Only.

                                                                                                          2. Dimensioning and tolerancing conform to AMSE Y14.5m-1994.
                                                                                                          3. Unless otherwise specified, tolerance: Decimal 0.05

                                                                                                          4. Dimension b applies to the metallized terminal and is measured
                                                                                                                between 0.15mm and 0.30mm from the terminal tip.

                                                                                                          5. Tiebar shown (if present) is a non-functional feature.

                                                                                                          6. The configuration of the pin #1 identifier is optional, but must be
                                                                                                                located within the zone indicated. The pin #1 indentifier may be
                                                                                                                either a mold or mark feature.

                      18                                                                                                                                       FN7640.0

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