基于EL7558BC的DC/DC变换器的设计与实现

摘要：对HSOP封装的EL7558BC降压型开关整流器芯片的使用特点进行了分析，给出了利用该整流器芯片设计DC/DC变换器的外围电路和设计方法。并通过实验验证了该设计方法。

关键词：DC/DC变换器；EL7558BC；开关整流器

0 引言

EL7558BCDC/DC变换器芯片是Elantec公司生产的内部集成了MOSFETs的低输入电压（4.5～5.5V），高输出电流（8A）的PWM整流器，效率可达94％。输出电压偏差小于1.5％。最高开关频率可达1MHz，可以设置成固定电压输出(3.5V)或者可调电压输出(1.0～3.8V)。EL7558BC具有尽可能减少外围元器件的高度集成特点，只需少量外围元器件即可工作，从而大大降低了电路板面积和设计成本，为电源设计提供了一种快速而简易的解决方案。EL7558BC同时具有过热指示及过热截止负载保护功能，用于逻辑/处理器复位及控制供电顺序的电压反馈PWRGD输出信号等。其封装形式为具有良好散热性能的28脚HSOP封装。这些优点使得EL7558BC电源芯片可以广泛应用于高性能的DSPs/FPGAs/ASICs/微处理器，PC主板，便携式电子仪器，手提电脑等许多电子设备中。

1 管脚功能和使用特点

EL7558BC封装形式如图1所示，各管脚功能如下：

脚1（FB1） 电压反馈输入端1，当芯片设置为可调电压输出时（VCC2DET为低）有效；

脚2（CREF） 参考电压旁路电容输入端，一般用0.1μF瓷片电容与地连接；

脚3（CSLOPE） 斜坡补偿电容输入端；

脚4（COSC） 内部振荡器电容输入端，电容C_SLOPE与C_OSC比例通常为1:1.5；

脚5（VDD） PWM控制电路电源电压输入端，通常与VIN电压相同；

脚6及脚8（VIN） 降压整流器电源电压输入端；

脚7，脚9－12，脚18－19（VSSP） 降压整流器返回地，即电源地；

脚13（VCC2DET） 接口逻辑输入端，逻辑1时芯片为3.5V固定电压输出，逻辑0时芯片为1.0～3.8V可调电压输出；

脚14（OUTEN） 开关整流器输出使能端，逻辑1有效；

脚15（OT） 芯片过热指示输出，通常为高，当温度超过135℃时拉低，温度降至100℃以下时恢复变高；

脚16（PWRGD） Power good输出信号，当输出电压的误差小于预设值的±10％时为高，否则为低；

脚17（TEST） 测试脚，通常必须与VSSP连接；

脚20－23（LX） 电压输出端，驱动外部的电感；

脚24（VHI） 内部高端门驱动端，通过一个0.1μF的旁路电容与LX相连；

脚25（VSS） 控制电路返回地，即信号地；

脚26（C2V） 连接倍压电路输出，作为内部低端门驱动端；

脚27（CP） 电荷泵电容的负边驱动端；

脚28（FB2） 电压反馈输入端2，当芯片设置为固定电压输出时（VCC2DET为低）有效，此时输出电压为3.5V。

EL7558BC DC/DC变换器芯片具有软启动功能，而且不需要外部电容器，当芯片加电时就会完成软启动。EL7558BC具有VCC2DET功能，为Intel P54和P55微处理器提供了直接的接口。EL7558BC具有内置的电荷泵倍压电路，用于开启内部MOSFET，C₅（见图1）即为电荷泵电容，D₂及D₃为电荷泵二极管。如果有12V电压输入，则D₂及D₃均可省略。

2 DC/DC变换器的设计

下面以EL7558BC DC/DC变换器芯片为例，对DC/DC变换器的设计过程进行详细说明。其典型设计电路如图1所示。

图 1 EL7558BC DC/DC变 换 器 芯 片 的 封 装 形 式 及 其 典 型 电 路

2.1 选择输出电压

EL7558BC DC/DC变换器芯片可以通过VCC2DET脚设置固定电压（3.5V）输出或者可调电压(1.0～3.8V)输出。当VCC2DET为高时为固定电压输出；当VCC2DET为低时为可调电压输出，此时要想得到不同的电压输出，可以通过反馈电阻R₃及R₄来调节，可调输出电压范围为1.0V至3.8V。R₃及R₄阻值与输出电压之间的对应关系可以近似地用式（1）表示，在这种模式下，VCC2DET管脚必须为低。

输出电压 V_o=1＋×1V （1）

2.2 选择开关频率

开关频率对EL7558BC芯片的转换效率以及所需外接电感的大小都有很大的影响。频率越低，效率越高，但是所需电感的值也越大。可以通过调节连接COSC脚的电容C₈来设置开关频率，可调频率最高可达1MHz，C₈电容值与开关频率之间的对应关系可以近似地用式（2）表示。

开关频率 f_sw=（Hz）（2）

式中：C₈单位为法拉F。

通过调节电容C₈来改变开关频率时，连接CSLOPE脚的斜坡补偿电容C₇也要做相应的调整，电容C₇与C₈比例通常为1:1.5。

2.3 选择输入滤波元件

EL7558BC芯片的输入端通常需要一个去耦电容和一个大容量输入电容。去耦电容C₁₂主要作用是降低芯片输入端的高频噪声，一般采用1～10μF的瓷片电容，这个电容在布局时必须尽可能地靠近EL7558BC芯片以获得最佳效果。大容量输入电容C₉的主要作用是降低输入纹波电压，在某些应用中一个10μF的去耦电容已经足够滤波而无须大容量输入电容。至于是否需要大容量输入电容，首先取决于允许的最大输入纹波电压。通常要使EL7558BC正常工作，输入纹波电压不可超过300mV。可用式（3）计算只用10μF电容时，可能出现的最大输入纹波电压，如果计算得到的值超过允许值，就要用大容量输入电容。