XL60XX 系列升压恒恒压产品设计指南 V1.1
XL60XX 系列快速选择表 产品输入电开关开关输出典型效率封装功率型号压范围电流频率电压应用 (Max) 类型 XL6007 3.6V-24V 2A 400KHz 5V~60V 24V/0.3A 94% SOP-8L 8W XL6008 3.6V-32V 3A 400KHz 5V~60V 24V/0.7A 94% XL6012 5.0V-40V 5A 180KHz 8V~60V 24V/1.3A 95% TO252-5L 20W TO220-5L 50W XL6019 50V40V 5.0V-40V 5A 180KHz 8V~6 60V 24V/1.2A 2A 94% TO263-5L 50W
典型应用电路图 L1 D1 SW R2 VIN FB C2 COUT VIN CIN C1 DZ EN GND R1 R3 VOUT1.25V*(1+R2/R1) VDZ0.8*VIN VIN
系统应用设计电感选择 电感的选择取决于 VIN 与 VOUT 压差 所所需输出电流与芯片开关频率, 连续模式电感最小值计算公式如下 : L VIN * D*(1 D) 0.3* IOUTMAX * FSW D VOUT + VD VIN VOUT + VD VD 为最大输出电流条件下, 输出续流二二极管的压降 IL IL RMS PEAK 2 ΔIL ( ILDCMAX) + 12 IL DCMAX ΔIL + 2 2 ILDC VOUT * IOUT η * VIN VIN ΔIL L MIN D * F IL DCMAX 为最小输入电压对应的输入平均电流 MAX 选用低直流电阻的电感可获得更高的的转换效率 SW
系统应用设计 输入电容 升压转换器的输入电流是持续电流, 尺寸与容量取决于输入阻抗, 一般条件下, 输入电容容量选择在 10uF~100u 100u uf 之间, 只需要 RMS 电流满足即可, 输入电容 RMS 电流计算如下 : IRMS 0.3* ΔIL VINMIN DMAX ΔIL * L 输入电容耐压按照 1.5*VIN MAX 进行选择 ; 在未使用陶瓷电容时, 建议在输入电电容上并联一个 0.1uF~1uF 的高频贴片陶瓷电容进行高频去耦 计算最大输出电流 升压转换器内部电流限制的是功率管管与电感上的峰值电流 ΔIL, 最大输出电流取决于输出电压 最小输入电压 ΔIL 与效率, 计算如下 ( 预留 10% 以上裕量 ): ΔIL MIN * LIM * η IOUTMAX < VIN I VOUT 2 FSW
系统应用设计 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, 检测输输出电压进行调整, 输出电压计算公式为 : VOUT 1.25*(1 + R2 ) R1 R1 取值范围 1KΩ~10KΩ; 输出电压精度取决于芯片 VFB 精度 R1 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,R1 R2 精度度需要控制在 ±1% 以内 续流二极管选择 续流二极管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 ; 续流二极管额定电流值大于最大输出电流的 1.5 倍 ; 续流二极管反向耐压大于输出电压, 建议预留输出电压的 30% 以上裕量
系统应用设计输出电容选择 在输出端应选择低 ESR 电容以减小输出出纹波电压 输出电容容量与输出电压纹波计算如如下 : COUT IOUTMAX VOUT * F RIPPLE FSW VOUTRIPPLE ESR ID VCOUT 1.5*VOUT; VOUT RIPPLE 输出电容最小 RMS 电流计算如下 : IRMS IOUT * D 1 D MAX 1 DMAX VIN 1 * IOUT VOUT COUT * FSW
系统应用设计 PCB 设计注意事项 VIN,GND,SW,VOUT+,VOUT- 是大电流途途径, 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 VIN 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
设计实例 系统输入输出规格参数 输入电压 :VIN8V~20V, 典型值为 12V; 输出电压 :VOUT24V; 输出电流 :IOUT1A; 转换效率 :η90%; 输出电压纹波 :1%*VOUT; 芯片选用 XL6019; 开关频率 :F SW 180KHz
设计实例 选择电感 : VOUT + VD VIN D VOUT +VD D L MAX ΔIL IL IL IL DC PEAK VOUT + VD VIN VOUT +VD 24 + 0.45 12 24 + 0.45 MIN 0. 509 VIN * D*(1 D) 12*0.509*(1 0.509 ) 55.4uH 0.3* IOUTMAX * FSW 0.3*1* 3*1*180180 VINMIN DMAX 8 0.6728 * * 635mA L FSW 47uH 180 K VOUT * IOUT VOUT * IOUT ILDCMAX η * VIN η * VINMIN IL DCMMAX ΔIL + 2 3.333+ 0.635 2 2 2 RMS ( ILDCMAX) ) 24 + 0.45 8 0.6728 24 + 0.45 ΔIL 2 + (3.333 + 12 24*1 3.333A 0.9* 9*8 N 8 3.65A 0.635 12 2 3.333A 选择电感量为 47uH; 饱和电流 5A
设计实例 计算输入电容 : ΔIL VINMIN DMAX 8 0. 6728 * * 635mA L FSW 47uH 180K IRMS 0.3* Δ IL 0.3*635 ma 190 ma VCIN1.5*VIN MAX 1.5*2030V 选择 CIN 容量 100uF,RMS 电流大于 190mA, 耐压大于等于 35V 计算分压电阻 : 假定 R12.7K; VOUT 1.25*(1 + R2 ) R1 R2 ( VOUT 1.25)* R1 1.25 (24 1.25)*2.7 1.25 49.14K 选择 R12.7K,R249.9K,1% 精度 计计算出来输出电压中心值为 24.35V
设计实例 续流二极管选择 : 二极管额定电流 : ID1.5*IOUT1.5*11.5A 5*11 5A 反向耐压 :24V*1.331.2V 选择 3A,40V 肖特基 选择输出电容 : 输出电容容量 : COUT IOUT VOUT RIPPLE MAX * F SW 1 0.01* VOUT *180K 23.15uF ESR VOUTRIPPLE 0.01* 24 ID 1 240mΩ
设计实例 选择输出电容 : VCOUT 1.5*VOUT1.5*24V36VV 输出电容最小 RMS 电流计算如下 : IRMS IOUT * D MAX 0.6728 1* A 1 DMAX 1 0.6728 1433mA 选择 50V,220uF,RMS 电流大于 1433mA 电解电容
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 ( 右图蓝色色虚线框中电路 ) Q1:VDS 1.5*VINMAX; DZ1:VDZ110V,500mW; R3:20K; R4:20K 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压吸收电路 ( 右图蓝色虚线框中电路 ) ; D2:VD21.2*VIN VIN MAX 40V 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*VINMAX; DZ1:VDZ11.2*VINMAX 40V,500mW; DZ2:VDZ210V,500mW; R1,R3,R4,R5,R6:20K; R2:10K; Q2,Q3:VCE 1.5*VINMAX
常见问题与解决方案 Q3. 输出电压怎么调整 解决方案一 : 调节分压电阻 ( 右图中 R3) 解决方案二 :PWM 信号变化占空比调节输出电压 ( 右下图蓝色虚线框中电路 ): PWM: 频率 1KHz~10KHz; VOUT 高电平为 5V 时,R3 选择 4K; 高电平为 33V 3.3V 时,R3 选择 05K 0.5K R1* VPWM * DUTY R2 VFB * 1 + R 1 + R 3 + R 4 R 1 由于升压拓扑中输入电源经过电感 肖特基直接到负载端, 两种方案调整输出电压的最小值为 VIN 节 FB COUT VOUT R2 R1 2.7K 1% R3
常见问题与解决方案 Q4. 输出短路保护怎么实现 解决方案 : 输出添加短路保护电路 ( 右图蓝色虚线框中电路 ) Q1:VDS 1.5*VOUT;ID 2*IOUT RDS 越小损耗越小,Q1 发热量越低 Q5. 转换效率低 测试误差 : 用万用表测试输入电压 输入电流 输出电压 输出电流进行输出电压输出电流进行计算转换效率, 不能使用电源 负载自自带显示的数据, 误差较大 ; PCB 布线 : 确保大电流途径走线宽度, 减少寄生参数对系统性能影响, 输入电容靠近芯片 VIN 与 GND 放置 ; 元器件参数 : 系统正常工作时, 电感感与肖特基对效率影响较大, 推荐使用低 VF 值的肖特基, 磁芯损耗较小的功率率电感并确保饱和电流能力足够, 一般情况下, 环形铁硅铝磁芯的电感比黄黄白环铁粉芯的电感效率高 5% 左右
常见问题与解决方案 Q6. 输入欠压保护怎么实现 解决方案 : 输入添加欠压保护电路 DZ1:VDZ1 欠压保护电压,500mW; DZ2:VDZ210V,500mW; Q1:VDS 1.5*VINMAX,ID 2*IIN MAX; Q2:VCE 1.5*VINMAX; R4,R5:20K; R3,R6:30K Q7.XL6008 XL6012 XL6019 芯片背铁铁电气属性 背铁电气属性与芯片第 3 脚一致
常见问题与解决方案 Q8. 怎么关闭芯片不工作 解决方案一 :FB 加高电平, 芯片不工作, 输出电压等于输入电压 ( 右上图 ); V1:2.5 V1 VIN FB 4148 R3 10K R2 C2 COUT 解决方案二 : 输入加 MOS 关断 ( 右下图虚线框中电路 ), 输出等于 0 V2:V2 0.6V V2 0 关闭输出,V2 1.4V 打开 Q1, 恢复输出 ; Q1:VDS 1.5*VIN MAX; DZ1:VDZ110V,500mW; R1,R2,R4:20K; R3:30K; Q2:VCE 1.5*VIN MAX V1 R1
常见问题与解决方案 Q9. 芯片不升压 添加欠压保护的应用中, 确认欠压保保护电路参数是否有误 (DZ 取值不合适, EN 脚对地电压低于 0.8V); 分压电阻 R1 是否有虚焊或漏焊 Q10. 输出电压与设定值差异较大 确认分压电阻 R1 R2 是否虚焊或者漏漏焊 ; 输入电容是否靠近芯片 VIN 与 GND 放置 ; 大电流途径 PCB 走线宽度是否足够 ; 电感是否为功率电感, 电感量与电流流能力是否足够 ; 续流二极管是否选择为肖特基
常见问题与解决方案 Q11. 最大输出电压设计为多少合理 与占空比相关, 一般将占空比设计在 30%~70% 之间比较理想,12V 输入最大输出电压控制在 40V 以内,24V 输入最大大输出电压控制在 56V 以内, 输入输出压差越小, 转换效率越高, 性能越好 占空比计算如下 : D VOUT + VD VIN VOUT + VD
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