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地仔席
5 years ago
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1 XL70XX 高压降压恒压系列产品设计指南 V1.3

XL70XX 系列快速选择表产品型号输入电压范围开关电流开关频率基准电压典型应用效率 (Max) 封装类型功率 XL7005A 5V~80V 0.4A 150KHz 1.25V XL7015 5V~80V 0.8A 150KHz 1.25V XL7025 10V~80V 0.6A 150KHz 1.25V XL7026 12V~90V 0.6A 150KHz 1.25V XL7035 10V~80V 1.

2 XL70XX 系列快速选择表产品型号输入电压范围开关电流开关频率基准电压典型应用效率 (Max) 封装类型功率 XL7005A 5V~80V 0.4A 150KHz 1.25V XL7015 5V~80V 0.8A 150KHz 1.25V XL V~80V 0.6A 150KHz 1.25V XL V~90V 0.6A 150KHz 1.25V XL V~80V 1.0A 150KHz 1.25V XL V~90V 2.1A 150KHz 1.25V XL V~80V 0.3A 100KHz 1.25V XL7046 8V~80V 1.0A 100KHz 1.25V XL7056 8V~80V 2.1A 100KHz 1.25V 5V/300mA 15V/200mA 5V/700mA 15V/500mA 5V/600mA 15V/300mA 5V/600mA 15V/300mA 5V/1000mA 15V/600mA 5V/2100mA 15V/1000mA 5V/300mA 15V/200mA 5V/1000mA 15V/500mA 5V/2100mA 15V/1200mA 85% SOP8L-EP 5W 86% TO252-5L 8W 86% TO252-5L 5W 93% SOP8L-EP 5W 86% TO263-5L 10W 93% TO220-7L 15W 84% SOP8L-EP 3W 95% SOP8L-EP 8W 95% TO263-7L 20W

3 典型应用电路图 L1 CIN C1 104 EN OFF(VEN=2V) ON(VEN=0V) XL7005A XL7015 GND FB D1 R2 CFF 33nF C2 105 COUT =1.25*(1+R2/)

4 典型应用电路图 1 2 L1 XL7025 XL7035 D1 R2 CFF C3 COUT CIN C1 3 GND FB 4 5 OGND R3 =1.25*(1+R2/)

5 典型应用电路图 L1 CIN C1 104 CC VC VREG GND XL7026 XL7036 OGND FB D1 R2 CFF 33nF C3 105 COUT C2 R3 =1.25*(1+R2/)

6 典型应用电路图 CSN CSP L1 R3 XL7045 D1 C2 COUT R2 CFF CIN C1 FB GND =1.25*(1+R2/)

7 典型应用电路图 CSN CSP L1 R3 CIN C1 104 CC 105 VC XL7046 FB D1 C2 105 COUT R2 CFF 33nF EN GND OFF(VEN=2V) ON(VEN=0V) =1.25*(1+R2/)

8 典型应用电路图 CSN CSP L1 R3 CIN C1 104 CC 105 VC XL7056 FB D1 C2 105 COUT R2 CFF 33nF GND =1.25*(1+R2/)

9 系统应用设计输入电容降压转换器的非持续输入电流会在输入电容上产生较大的纹波电流, 输入电容最大 RMS 电流计算如下 : IRMS IOUT ( ) 2 ( ) 输入电容起到储能滤波与提供瞬态电流作用, 在连续模式中, 转换器的输入电流是一组占空比约为 / 的方波为了防止大的瞬态电压, 必须采用针对最大 RMS 电流要求而选择低 ESR( 等效串联电阻 ) 输入电容器 CIN IOUT F MAX MIN Δ 为输入电压纹波,F 为开关频率 ; 输入电容耐压按照 1.2* MAX 进行选择 ; 在未使用陶瓷电容时, 建议在输入电容上并联一个 0.1uF~1uF 的高频贴片陶瓷电容进行高频去耦

10 系统应用设计 CC 电容 ( 仅针对 XL7026&XL7036&XL7046&XL7056) VC 是芯片内部电压调节旁路电容, 需要在 VC 与之间并联 1uF 电容 C2 电容 ( 仅针对 XL7026&XL7036) VREG 是芯片内部电压供电电容, 需要在 VREG 与 GND 之间并联 10uF 电容输出电压设计 FB 为芯片内部基准误差放大器输入端, 内部基准稳定在 1.25V; FB 通过过外部电阻分压网络, 检测输出电压进行调整, 输出电压计算公式为 : 1.25V *(1 R2 ) 取值范围 1KΩ ~10KΩ ; 输出电压精度取决于芯片 VFB 精度与 R2 精度, 选择精度更高的电阻可以获得精度更高的输出电压, R2 精度需要控制在 ±1% 以内

11 系统应用设计电感选择电感的选择取决于与压差所需输出电流与芯片开关频率, 电感最小值计算公式如下 : L MIN ( ) D 0.3 IOUTMAX F 电感饱和电流最小为 1.5*IOUT MAX; 选用低直流电阻的电感可获得更高的转换效率续流二极管选择 MIN D 续流二极管在开关管关闭时有电流通过, 形成续流通路 ; 需要选择肖特基二极管, 肖特基二极管 VF 值越低, 转换效率越高 ; 续流二极管的额定电流至少要大于最大负载电流的 50%: I 1. 5 D IOUT MAX 续流二极管的额定电压至少要比最高输入电压大 30%: V 1. 3 D MAX

12 系统应用设计输出电容选择在输出端应选择低 ESR 电容以减小输出纹波电压, 一般来说, 一旦电容 ESR 得到满足, 电容就足以满足需求任何电容器的 ESR 连同其自身容量将为系统产生一个零点,ESR 值越大, 零点位于的频率段越低, 而陶瓷电容的零点处于一个较高的频率上, 通常可以忽略, 是一种上佳的选择, 但与电解电容相比, 大容量高耐压陶瓷电容会体积较大, 成本较高, 因此使用 0.1uF 至 1uF 的陶瓷电容与低 ESR 电解电容结合使用是不错的选择输出电压纹波由下式决定 : IL( ESR 8 F IL ( ) FL VCOUT 1.5* 1 ) COUT ESR 限流电阻 R3 选择 ( 仅针对 XL7025&XL7035&XL7026&XL7036) 0.1 R3 IOUT 0.05 MAX PR 3 2*0.1* IOUT L F (1 MAX )

13 系统应用设计 PCB 设计 GND +,- 是大电流途径, 注意走线宽度, 减小寄生参数对系统性能影响 ; 输入电容靠近芯片与 GND 放置, 电解电容 + 贴片陶瓷电容组合使用 ; FB 走线远离电感与肖特基等有开关信号地方, 哪里需要稳定就反馈哪里, FB 走线使用地线包围较佳 ; 芯片电感肖特基为主要发热器件, 注意 PCB 热量均匀分配, 避免局部温升高

14 设计实例 XL7025 系统输入输出规格参数输入电压 :=40V~56V, 典型值为 48V; 输出功率 :=15V,IOUT=0.3A; 开关频率 :F =150KHz; 输出纹波电压 :100mV 计算输入电容 : ( ) 15 (48 15) IRMS IOUT mA 2 2 ( ) (48) CIN IOUT F MAX MIN K uF V CIN MAX 2 V 选择 CIN 为陶瓷电容时, 容量大于等于 10uF, 耐压大于等于 80V 的陶瓷电容选择 CIN 为电解电容时, 选取耐压大于等于 80V,IRMS 电流大于 139mA 容量大于等于 33uF 的电解电容

15 设计实例计算分压电阻 : 假定 =2.7K; R2 ( 1.25)* (151.25)* *(1 ) R K 取值范围 1KΩ ~10KΩ ; 选择 =2.7K,R2=30K,1% 精度 ; 计算出来输出电压中心值为 15.13V 电感选择 : L ( ) D 0.3 IOUT F 15 (4815) K MIN MIN 655 MAX 电感最小饱和电流 IL 1.5 IOUT MAX A 选择电感量 100uH, 饱和电流 1A 备注 : 芯片内置频率补偿功能, 故可以采用感量较小的电感 uh

16 设计实例输出电容选择 : 选择输出电容容量大于等于 100uF,ESR 小于 0.136Ω, 耐压大于等于 25V ) * 8* 1 *( COUT F ESR IL A uh K L F IL ) (48 ) ( ) ( ) (1 K uh F L ESR MAX MAX uf K IL ESR F IL COUT ) ( V VCOUT

17 设计实例续流二极管选择 : 续流二极管的额定电流至少要大于最大负载电流的 50% I D1.5 IOUT MAX A 续流二极管的额定电压至少要比最恶劣条件大 30% V 1.3MAX D 8 V 选择反向耐压 100V 电流 2A SMB 封装的肖特基, 如 S210 限流电阻 R3 选择 R3 0. IOUT *0.1* IOUT 2*0.1*0.3 PR W 选择 0.28Ω,1% 精度,1206 贴片封装电阻

18 常见问题与解决方案 Q1. 输入正负极接反芯片损坏 + 解决方案 : 添加防反接电路 ( 右图蓝色虚线框中电路 ) R3 Q1:VDS 1.5* MAX; DZ:VDZ=10V,500mW; R3:100K;R4:30K Q2. 输入尖峰电压损坏芯片解决方案一 : 输入添加瞬态尖峰电压吸收电路 ( 右图蓝色虚线框中电路 ) ; D2:VD2=1.2* MAX 80V(XL7026/7036 小于 90V) - + Q1 NMOS R4 DZ1 Q1 PMOS D2 CIN C1 105 GND 解决方案二 : 输入添加过压保护电路 ( 右图红色虚线框中电路 ) Q1:VDS 1.5* MAX ; DZ1:VDZ1=1.2* MAX,500mW; DZ2:VDZ2=10V,500mW; DZ1 R4 R3 Q3 NPN R2 DZ2 R5 R5 Q2 NPN D2 CIN C1 105,R3,R4,R5,R6:60K;R2:20K; - Q2,Q3:VCE 1.5* MAX 说明 : 高电压输入热插拔上电时的浪涌电流容易产生尖峰电压, 需要增大输入电容容量进行吸收, 或者串联

19 常见问题与解决方案 Q3. 输出短路时芯片工作状态 FB 检测输出电压降低至设定值的 50% 以下后, 芯片频率降低, 输出电压降低, 输出能量降低, 以保证不会损坏芯片和后级设备 + 20K DZ1 10V ZENER R2 30K Q1 NCE60P50K R3 30K R6 30K Q4. 外部输出短路时, 关闭输出怎么实现解决方案 : 输出添加短路保护电路 ( 右上图蓝色虚线框中电路 ) - C1 103 Q2 2N5551 R4 10K R5 10K R7 20K Q1:VDS 1.5*;ID 2*IOUT RDS 越小损耗越小,Q1 发热量越低 R2 Q5. 输出电压有过冲 FB CFF 33nF COUT 解决方案 : 添加 CFF 电容可以解决过冲的问题 ; 电路如右下图所示 2.7K 1%

20 常见问题与解决方案 Q6. 系统开关波形不是正常的方波, 有振铃现象 + L2 解决方案 : 芯片输出电流可能较小, 芯片工作在断续模式, 可以增大负载或者增大电感量 Q7.EMC 电路 CINB CIN 传导 : 输入端加 π 形滤波 ; 电路参考右上图辐射 : 加 RC 吸收电路, 输出加共模电感 - Π 形滤波电路参考右下图 Q8. 输入输出大容量电容是否可以不要 VO+ + 不能, 输入输出电容有平滑滤波和吸收毛刺的作用, 同时还为后级提供瞬态大电流 C3 C2 COUT L2 Q9. 输入输出陶瓷电容是否可以不要不能, 陶瓷电容器可以进行高频去耦, 有利于提高系统的稳定性 GND RC 滤波 GND - 输出共模电感

21 常见问题与解决方案 Q10. 芯片在交流输入为什么要使用大容量电容滤波整流滤波后输入电压波形波谷电压会偏低很多, 在小电容情况下可能会导致芯片输入平均电压低于输出电压导致芯片工作状态不正常 Q11. 芯片实际功率超过推荐功率会如何芯片在考虑效率和封装热阻的情况下, 推荐了最大应用功率, 超过该功率无法保证系统长期可靠工作 Q12. 系统电子负载 CC 模式上电, 输出电压无法建立 (XL7005A&XL7015) 芯片上电后低频率启动, 输出电压从 0 升高至设定电压, 此时需要给输出电容充电, 若使用 CC 恒定电流模式持续拉取电流, 二者电流相叠加很容易触发芯片的限流点, 同时芯片输出无法建立, 芯片进入限流保护状态 ; 解决方案 : 采用 CV 模式测试, 实际物理负载不会有 CC 模式的情况 Q13. 芯片点开关波形有较高的毛刺和负压芯片点负压毛刺容易造成芯片失效 ; 注意肖特基处的走线, 减少寄生参数

22 常见问题与解决方案 Q14. 输出电压与设定值差异较大确认分压电阻 R2 是否虚焊或者漏焊 ; 输入电容是否靠近芯片与 GND 放置, 或者输入电容偏小 ; 大电流途径 PCB 走线宽度是否足够,FB 走线受到干扰 ; 电感是否为功率电感, 电感量与电流能力是否足够, 是否高温发生磁饱和 ; 续流二极管是否选择为肖特基, 封装规格是否满足当前功率

23 联系我们网站 : 邮箱 XLSEMI 总部地址 : 上海市浦东新区金豫路 251 号 2 幢 2 楼西电话 : 传真 : XLSEMI 深圳办公室地址 : 深圳市南山区高新北区朗山路 7 号中航工业南航大厦 403,404 室电话 :

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