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特征
•与奔腾II兼容
•5位DAC控制输出电压
•效率超过90%
•4.5V至12.6V输入范围
•双NMOS功率场效应晶体管驱动器
•固定频率，电流模式控制
•具有外部同步功能的可调振荡器
•同步切换
•内部软启动
•用户可调坡度补偿
•逐脉冲限流
•1%典型输出精度
•电源良好信号
•输出功率下降
•过电压保护
•提供无铅（符合RoHS）
应用
•奔腾II电压调节模块（VRMs）
•PC主板
•DC/DC转换器
•GTL总线终端
•二级监管
说明
可编程PWM控制器
EL7571是一个灵活，高效率，电流模式，脉宽调制降压控制器。它采用五位DAC可调输出电压控制，符合英特尔针对奔腾II和奔腾Pro级处理器的电压调节模块（VRM）规范。该控制器采用同步整流技术，在大范围的电源电压和负载条件下，效率可达到90%以上。车载振荡器频率可在外部调节，或可随系统时钟调整，从而在关键应用中优化射频干扰性能。在单电源操作中，高端FET驱动器支持引导带操作。为了获得最大的灵活性，可以通过5V导轨、单个12V导轨或双电源导轨进行系统操作，控制器从12V开始工作，电源FET从5V开始工作。
Pinout
注：Intersil无铅产品采用特殊的无铅材料组；模塑料/模具连接材料和100%哑光镀锡板终饰，符合RoHS标准，并与SnPb和无铅焊接操作兼容。Intersil无铅产品在无铅峰值回流焊温度下分类为MSL，满足或超过IPC/JEDEC J STD-020C的无铅要求。
典型性能曲线
电路说明
总则
EL7571是一个固定频率、电流模式、脉冲宽度调制（PWM）控制器，具有集成的高精度基准和5位数模转换器（DAC）。该设备集成了实现符合英特尔奔腾II VRM规范的同步降压（buck）转换器所需的所有有源电路。提供互补开关输出以驱动同步或非同步配置的双NMOS功率FET，使用户能够实现各种高效率和低成本的转换器。
参考
一个精确的，温度补偿的带隙基准形成了EL7571的基础。基准在制造过程中进行修剪，并为整个调节器提供1%的设定点精度。使用外部旁路电容器CREF优化基准的交流抑制。
主回路
电流模式的PWM控制回路在EL7571中实现（见方框图）。这种结构采用双反馈回路，向控制器提供输出电压和电流反馈。与传统的电压控制系统相比，该系统具有回路设计简单、逐脉冲限流、对线路变化响应快、负载阶跃响应好等优点。电流反馈是通过感应外部并联电阻上的电压来实现的。并联电阻值的选择设定了电流反馈水平，从而设定了负载调节和电流限制水平。因此，可以在宽范围的输出电流上操作。参考输出被馈送到5位DAC，其步进称重符合Intel VRM规范。每个DAC输入都包含一个内部电流上拉，它直接与奔腾II级微处理器的VID输出接口。控制器的核心是一个三输入直接求和差分比较器，它将电压反馈、电流反馈和补偿斜坡信号相加。对比较器输入级的相对增益进行加权。电压反馈电流反馈与补偿斜坡的比值分别决定了系统的负载调节和开环电压增益。在占空比大于50%的情况下，需要补偿斜坡来保持大系统信号系统的稳定性。补偿斜坡幅度可由用户调节，并由单个外部电容器设置（CSLOPE） 是的。斜坡电压为接地参考电压，当高压侧驱动信号低时，斜坡电压重置为接地。在工作中，将DAC输出电压与内部衰减的调节器输出进行比较。将得到的误差电压与补偿斜坡电压和电流反馈电压进行了比较。通过比较器输出调整PWM占空比，使得组合比较器输入和为零。一种加权比较器方案通过提供对PWM输出电压的逐周调整，消除了对误差放大器补偿的需要，从而提高了系统相对于传统电压误差放大器环路的工作性能。回路中的主导极由输出电容和等效负载电阻确定，输出电感的影响由于电流反馈而被抵消。输出启用（OUTEN）输入允许调节器输出被外部逻辑控制信号禁用。
辅助比较器
电流反馈信号由两个附加比较器监控，这两个比较器设置主电感电流的工作极限。当传感电阻上的电压超过154mV时，过电流比较器独立于主求和比较器输出终止脉冲宽度调制周期。对于7.5mΩ电阻器，这对应于额定20A电流限制。由于输出电流是连续监测，循环电流限制结果。第二比较器感测电感电流反向流动。当感测电阻器电压小于-5mV（对应于7.5mΩ感测电阻器的标称反向电流-0.67A）时，低端驱动信号终止。此外，在故障情况下，通过调节器输出过电压，可以防止电感电流在相反方向上升到高水平。这可以防止在排除故障时本地电源的寄生升压作用，并防止对连接到本地电源的电路造成潜在损坏。
振荡器
系统时钟由内部弛豫振荡器产生。使用单个外部电容器COSC可以简单地调整工作频率。振荡器中的充放电电流比率定义明确，并将系统的最大占空比设置为96%左右。
软起动
在启动过程中，虽然过电流比较器会限制峰值励磁涌流，但由于启动过程中输出电压的快速变化，潜在的大电流会流入调节器输出电容器。然而，另外一个内部开关电容软启动电路通过超控主加法比较器的电压反馈输入来控制启动过程中输出电压的变化率，在典型操作条件下将启动斜坡限制在约1毫秒。当输出启用（OUTEN）复位或控制器电源低于3.5V时，软启动斜坡复位。
看门狗
系统看门狗监控控制器电源的状态和产生的输出电压的完整性。
现代逻辑级功率场效应晶体管的电阻率（R）随着栅极驱动降低到5V以下而迅速增加。为了防止功率场效应晶体管在负载下的热损坏，在降低电源电压的情况下，系统看门狗监视控制器电源（VIN），并禁用两个PWM输出（HSD，LSD）当电源电压低于3.5V时。当电源电压高于4V时，看门狗启动软启动斜坡并启用PWM操作。启用和禁用阈值之间的差异会在电路运行中引入滞后，防止启动振荡。此外，输出电压也由看门狗监控。如英特尔奔腾II VRM规范所述，只要输出电压与所选值相差超过±13%，看门狗功率良好输出（PWRGD）就会被设置为低输出。PWRGD是一个开漏输出。第三个看门狗功能在过电压故障条件下禁用PWM输出开关，当输出电压大于其选择值的13%时，显示两个外部FET驱动器，从而预期反向电感电流斜坡并符合VRM过电压规范，这要求调节器输出在故障条件下禁用。在排除故障条件后，启用切换。
输出驱动程序
由PWM控制回路产生的互补控制信号通过电平变换电路。每个驱动器都能在12V时输出2A的额定峰值电流。为了防止外部场效应管中的击穿，每个驱动器都被禁用，直到互补功率场效应管的栅极电压降到1V以下。两个驱动器的电源连接是独立的，允许控制器配置一个带引导的高侧驱动。采用这种技术，功率场效应管和控制器都可以使用单一的电源电压。或者，可以使用双电源轨简化应用，功率场效应管连接到低于控制器的二次电源电压，通常为12V和5V。对于效率比成本低的应用，可以通过用肖特基二极管替换低侧功率场效应管来进一步简化应用，导致非同步操作。
应用程序信息
EL7571的设计符合英特尔5位VRM规范。有关控制器输出电压范围，请参阅视频解码表。
EL7571可用于数字转换器拓扑。效率、成本、电路复杂度、线路输入噪声、瞬态响应和输入电源电压可用性之间的权衡将决定哪个变换器拓扑适合给定的应用。下表列出了不同配置之间的一些差异：
本数据表末尾提供了各种拓扑的电路原理图和材料清单。如果应用程序要求与包含的示例不同，则应使用以下设计指南来选择关键组件值。有关组件位置，请参阅首页连接图。
输出电感，L1
两个关键的转换器要求用于确定电感值：
•IMIN-最小输出电流；变流器进入不连续运行模式的电流水平（有关不连续模式的详细讨论，请参阅Elantec应用说明#18）
•IMAX-最大输出电流
虽然影响电感值选择的因素很多，包括效率、瞬态响应和纹波电流，但确定电感大小的一种实用方法是选择一个保持连续模式运行的值，即所有条件下的电感电流为正。这对于优化负载调节和轻载瞬态响应是可取的。当电感纹波电流最小值为零，平均纹波电流为I时，电感纹波电流峰值为I的两倍，与占空比无关。最小电感值由下式给出：
其中：
IPEAK=峰值纹波电流
TON=顶部开启时间
VIN=输入电压
FSW=开关频率
VOUT=输出电压
IMIN=最小负载
由于电感值随电流的增大而减小，在较高的输出电流下，纹波电流一般大于21MIN。
确定最小输出电感后，可以选择额定电流大于所需最大直流输出的现成电感。脉冲工程和线圈工艺是大电流电感的两种制造方法。对于想要设计自己的大电流电感的转换器设计者，为了实验目的或进一步降低成本，我们推荐使用微金属驱动的铁心数据表和应用说明作为良好的参考和出发点。
电流感测电阻器，R1
电感电流通过低值电阻R1间接监测。通过电流感应电阻产生的电压用于设置最大工作电流、电流反转阈值和系统负载调节。为了确保可靠的系统运行，重要的是检测电阻的实际压降。因此，应将四线Kelvin连接至控制器电流感应输入。选择电阻值和类型有两个标准。首先，最小值受到最大输出电流的限制。EL7571限流电容器的典型阈值为154mV，最小为125mV。当感测电阻器上的电压超过该阈值时，顶部开关的传导循环立即终止，提供逐脉冲电流限制。必须选择能保证在最大负载下运行的电阻值。即：
式中：VOCMIN=最小过电流电压阈值
IMAX=最大输出电流
其次，由于负载电流直接通过感测电阻器，其额定功率必须足以处理在最大负载（电流限制）条件下消耗的功率。因此：
式中：PD=电流感测电阻器中的功耗
PD必须小于电流感应电阻器的额定功率。大电流应用可能需要并联感测电阻器以耗散足够的功率。下面的电流感测电阻器表列出了一些流行的电流感测电阻器：戴尔电子公司的WLS-2512系列电源金属条电阻器、IRC公司的OARS系列铁合金电阻器和Mills电阻公司的铜-麦格纳宁（CuNi）线电阻器。不建议使用母板铜线，因为它的温度系数高，功耗低。不同类型电阻器之间的权衡是成本、空间、包装和性能。虽然电源金属条电阻相对昂贵，但它们可以在表面安装的包装与更严格的公差。因此，使用较少的板空间来实现更精确的电流感。另外，麦格纳宁铜线具有更宽松的耐受性和更高的寄生电感。这导致了一个较低的当前意义，但在一个低得多的成本。印刷电路板上的金属轨迹也可用作电流感应电阻。折衷值为±30%公差和±4000 ppm温度系数。最后，当前感测元件类型的选择必须根据具体应用情况进行。
输入电容器，C1
在buck变换器中，当输出电流大于10A时，对输入电容的需求很大。在稳态运行时，高边场效应管只有在“开”时导通，在“关”时导零。结果是从输入电源中产生电流方波。大部分输入纹波电流由输入电容器C1提供。电流通过C1的等效串联电阻（ESR）会使电容器发热并导致过早失效。最大输入纹波电流发生在占空比为50%时，电流为IOUT/2 RMS。
最坏情况下的功耗是：
其中：ERSIN=输入电容ESR
为了安全可靠地运行，PD必须小于电容器的数据表额定值。
输入感应器，L2
输入电感（L）通过将buck变换器输入纹波电流转移到输入电容器中，将开关噪声与输入电源线隔离。降压调节器产生高水平的输入纹波电流，因为负载通过每个周期的顶部开关直接连接到电源，根据占空比在负载电流和零之间切断输入电流。在纹波电流同样高的大电流应用中，输入电感至关重要。一个特别大的输入电感通过限制变换器输入电流的最大变化率来降低变换器的负载瞬态响应。一个在大多数应用中，1.5μH输入电感就足够了。
输出电容器，C2
在稳态运行期间，输出纹波电流远小于输入纹波电流，因为电流流是连续的，通过顶部开关或底部开关。因此，输出电容器的功耗比输入电容器的功耗要小。但是，对于输出纹波电压或瞬态响应要求非常低的应用，仍然需要低ESR。输出纹波电压由下式给出：
其中：IRIP=输出纹波电流；ESRUT=输出电容器ESR。
在瞬态响应过程中，输出电压尖峰由输出电容的ESR和等效串联电感（ESL）以及负载电流阶跃的变化率和大小决定。输出电压瞬态由下式给出：
其中：
ESROUT=输出电容ESR
ESL=输出电容器ESL
ΔIOUT=输出电流阶跃
di/dt=输出电流变化率
功率MOSFET，Q1和Q2
EL7571采用了一种引导带栅极驱动方案，允许使用N通道mosfet。N沟道mosfet具有成本低、导通电阻低等优点，是一种比较理想的器件。功率mosfet损耗最大，选择功率mosfet时应以低导通电阻为主要特性。在boot-strap栅极驱动方案中，栅极驱动电压只能达到电源电压，因此在5V系统中，mosfet必须是逻辑电平型，VGS<4.5V。除了导通电阻和栅极对源阈值外，栅极对源电容也非常重要。在输出电流较低（低于5A）的区域，开关损耗是主要因素。开关损耗取决于：
其中：
C是MOSFET的栅源电容
V是电源电压
F是开关频率
MOSFET栅源电容过大的另一个不可取的原因是MOSFET驱动器的导通电阻不能提供快速开关MOSFET所需的峰值电流。这会导致额外的MOSFET传导损耗。随着频率的增加，这种损耗也会增加，从而导致更多的功率损耗和更低的效率。
最后，MOSFET必须能够传导最大电流和处理功耗。
EL7571是专为12V输入转换器设计的12V引导带。在这个应用中，逻辑级mosfet是不需要的。
下表列出了几种流行的mosfet及其关键规范。
斯柯特基二极管，D2
在非同步方案中，当高侧功率MOSFET Q1被关断时，需要一个反激二极管为输出提供电流路径。选择D2的关键标准是它必须具有低正向压降。
正向电压降和状态电流的乘积是变换器功耗的主要来源。肖特基二极管选用国际整流器32CTQ030，在15A时正向压降为0.4V。
方块图
应用电路
为了帮助评估EL7571，开发了几个VRM应用程序。这些在数据表前面的转换器拓扑表中有描述。演示板可以配置为使用5V或12V控制器电源，使用5V FET电源。
5V输入，自举非同步DC:DC转换器
5V输入自举同步DC:DC变换器
5V输入，12V控制器，非同步解决方案
5V输入，12V控制器，同步DC:DC转换器
PCB布局注意事项
1、将功率MOSFET尽可能靠近控制器。否则，由于铜线的寄生电感，将导致大量的振铃。此外，磁道的寄生电容会削弱有效的栅极驱动。高频开关噪声也可能耦合到其他控制线路。
2、务必将旁路电容器（0.1μF和1μF）尽可能靠近EL7571。长引线长度会降低效率。
3、分离电源接地（肖特基二极管和功率MOSFET的输入电容接地和接地连接）和信号接地（旁路电容器的接地引脚和EL7571的接地端子）。这将隔离高噪声开关接地和非常敏感的信号接地。
4、连接输出电容器的电源和信号接地。输出电容接地是最安静的点并应作为参考接地。
5、功率MOSFET的输出电感和肖特基二极管应组合在一起，以在最小的区域内抑制高开关噪声。
6、从插脚11和插脚12到电流检测电阻器的电流检测轨迹应平行且彼此接近，并且应为开尔文连接（无高电流流）。在大电流应用中，通过在感测电阻器和IC输入之间连接低通滤波器（典型值为4.7Ω，0.1μF），可以提高性能。
布局示例
为了演示上面讨论的要点，下面显示了两种参考布局-仅同步5V VRM布局和仅同步5V PC板布局。两种布局均可修改为本数据表中所示的任何应用电路配置。工厂提供布局的Gerber文件。
