XL30XX系列降壓恒流產(chǎn)品設(shè)計(jì)指南.PDF

XL3001，XL3003，XL3005系列快速選擇表

XL3001，XL3003，XL3005系列典型應(yīng)用電路圖

XL3001，XL3003，XL3005系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)

輸入電容

⒈ 降壓轉(zhuǎn)換器的非持續(xù)輸入電流會在輸入電容上產(chǎn)生較大的紋波電流，輸入電容最大RMS電流計(jì)算如下：

⒉輸入電容起到儲能、濾波與提供瞬態(tài)電流作用，在連續(xù)模式中，轉(zhuǎn)換器的輸入電流是壹組占空比約為V_OUT/V_IN的方波。為了防止大的瞬態(tài)電壓，必須采用針對最大RMS電流要求而選擇低ESR(等效串聯(lián)電阻)輸入電容器。

▲V_IN為輸入電壓紋波，F(xiàn)_SW為開關(guān)頻率；

⒊ 輸入電容耐壓按照1.5*V_INMAX進(jìn)行選擇；

⒋在未使用陶瓷電容時(shí)，建議在輸入電容上並聯(lián)壹個0.1uF~1uF的高頻貼片陶瓷電容進(jìn)行高頻去藕。

CC電容

VC是芯片內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)旁路電容，內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)旁路電容，需要在VC與VIN之間並聯(lián)1uF電容。

輸出電流設(shè)計(jì)

⒈ CS為芯片內(nèi)部基準(zhǔn)誤差放大器輸入端，內(nèi)部基準(zhǔn)穩(wěn)定在0.21V；

⒉ CS通過采樣電阻檢測輸出電流進(jìn)行調(diào)整，輸出電流計(jì)算公式為：

⒊ 輸出電壓精度取決於芯片V_CS精度與采樣電阻R_CS精度，選擇精度更高的電阻可以獲得精度更高的輸出電流，R_CS精度需要控制在±1%以內(nèi)。

⒋ 采樣電阻R_CS的實(shí)際功率要大於2倍P_RCS。

電感選擇

⒈ 電感的選擇取決於V_INMAX與V_OUT壓差、所需輸出電流與芯片開關(guān)頻率，電感最小值計(jì)算公式如下：

⒉ 電感飽和電流最小為1.5*I_OUT；選用低直流電阻的電感可獲得更高的轉(zhuǎn)換效率。

續(xù)流二極管選擇

⒈ 續(xù)流二極管在開關(guān)管關(guān)閉時(shí)有電流通過，形成續(xù)流通路；需要選擇肖特基二極管，肖特基二極管VF值越低，轉(zhuǎn)換效率越高；

⒉ 續(xù)流二極管額定電流值大於最大輸出電流，正常工作時(shí)平均正向電流可計(jì)算如下：

⒊ 續(xù)流二極管反向耐壓大於最高輸入電壓，建議預(yù)留30%以上裕量。

輸出電容選擇

在輸出端應(yīng)選擇低ESR電容以減小輸出紋波電壓，壹般來說，壹旦電容ESR得到滿足，電容就足以滿足需求。任何電容器的ESR連同其自身容量將為系統(tǒng)產(chǎn)生壹個零點(diǎn)，ESR值越大，零點(diǎn)位於的頻率段越低，而陶瓷電容的零點(diǎn)處於壹個較高的頻率上，通?？梢院雎裕且挤N上佳的選擇，但與電解電容相比，大容量、高耐壓陶瓷電容會體積較大，成本較高，因此使用0.1uF至1uF的陶瓷電容與低ESR電解電容結(jié)合使用是不錯的選擇。

輸出電壓紋波由下式?jīng)Q定：

V_COUT≥1.5*V_OUT；ESR通常取值不超過0.2Ω。

PCB設(shè)計(jì)

⒈ VIN,GND,SW,VOUT+,VOUT-是大電流途徑，註意走線寬度，減小寄生參數(shù)對系統(tǒng)性能影響；

⒉ 輸入電容靠近芯片VIN與GND放置，電解電容+貼片陶瓷電容組合使用；

⒊ CS走線遠(yuǎn)離電感與肖特基等有開關(guān)信號地方，CS走線使用地線包圍較佳；

⒋ 芯片、電感、肖特基為主要發(fā)熱器件，註意PCB熱量均勻分配，避免局部溫升高。

設(shè)計(jì)實(shí)例

系統(tǒng)輸入輸出規(guī)格參數(shù)

⒈ 輸入電壓：V_IN=20~28V，典型值24V；

⒉ 輸出電壓：V_OUT=12.8V；

⒊ 輸出電流：I_OUT=1.5A；

⒋ 輸出紋波電壓：V_RIPLE=0.5%*V_OUT。

芯片選擇：P=V_OUT*I_OUT =12.8*1.5=19.2W，故選用XL3003。

計(jì)算輸入電容：

  C_IN選擇容量大於22uF，I_RMS電流大於750mA，V_CIN耐壓大於42V的電容。

CC電容選擇：

選擇CC電容容量為1uF，耐壓50V。

計(jì)算采樣電阻：

可以選擇3個0.43Ω電阻並聯(lián)，考慮到功率，可以使用1206封裝。

選擇電感：

電感最小飽和電流=1.5*1.5=2.25A。選擇電感量100uH，飽和電流3A。

續(xù)流二極管選擇：

二極管工作時(shí)最大正向平均電流產(chǎn)生於最大輸入電壓時(shí)：

選擇反向耐壓40V，電流能力大於2A的肖特基二極管。

選擇輸出電容：

選擇輸出電容ESR<0.2026Ω(通常取0.2Ω以下)，耐壓大於19.2V，I_RMS電流大於95mA。

常見問題與解決方案

Q1.XL3001，XL3003，XL3005系列芯片輸入正負(fù)極接反芯片損壞

解決方案：添加防反接電路(下圖藍(lán)色虛線框中電路)。

Q1:VDS≥1.5*VIN_MAX；

DZ1:VDZ1=10V，500mW；

R3:20K；

R4:20K。

Q2.XL3001，XL3003，XL3005系列芯片輸入尖峰電壓損壞芯片

解決方案壹：輸入添加瞬態(tài)尖峰電壓吸收電路(下圖藍(lán)色虛線框中電路)  ；

D2:VD2=1.2*VIN_MAX≤40V。

解決方案二：輸入添加過壓保護(hù)電路(右圖紅色虛線框中電路)  。

Q1:VDS≥1.5*VIN_MAX；

DZ1:VDZ1=1.2*VIN_MAX≤40V，500mW；

DZ2:VDZ2=10V，500mW；

R1,R3,R4,R5,R6:20K；

R2:10K；

Q2,Q3:VCE≥1.5*VIN_MAX。

Q3.XL3001，XL3003，XL3005系列芯片LED、RCS燒毀或COUT炸開

上電時(shí)，輸出開路，由於RCS上沒有壓降，芯片功率管壹直導(dǎo)通，導(dǎo)致輸出電容電壓等於輸入電壓，如果電解電容耐壓不足，則會炸開；如果先開路，再接上LED，由於輸出電容的電壓遠(yuǎn)高於LED所需電壓，接通瞬間電流會很大，可能會導(dǎo)致LED或RCS燒毀。

解決方案：

保證輸出端壹直有負(fù)載；

增加開路保護(hù)電路(見下圖)，其中R1=1K，DZ1=1.2*V_OUT。增加開路保護(hù)後，開路電壓約等於DZ1的值，從而可以保護(hù)LED及采樣電阻RCS。

Q4.XL3001，XL3003，XL3005系列芯片如何調(diào)光

更改采樣電阻RCS；

PWM信號變化占空比調(diào)節(jié)輸出電流(見下圖)：

PWM:頻率1KHz~10KHz；

高電平為5V時(shí)，R2選擇21K；

高電平為3.3V時(shí)，R2選擇14K。

使用模擬調(diào)光(見下圖)：

可以通過改變V_A電壓實(shí)現(xiàn)調(diào)光，也可以通過改變R2阻值實(shí)現(xiàn)調(diào)光。

Q5.XL3001，XL3003，XL3005系列芯片的EMC電路

傳導(dǎo)：輸入端加π形濾波；
輻射：SW到地加RC吸收

電路；輸出加共模電感。

Q6.XL3001，XL3003，XL3005系列芯片恒流精度低

PCB布線要符合規(guī)範(fàn)，通常是CS走線受幹?jǐn)_引起的，檢查CS是否靠近SW、電感、肖特基等處；

檢查輸出電容容量是否過小 ；

檢查電感量是否過小；

RCS電阻精度是否過低。

Q7.XL3001，XL3003，XL3005系列芯片效率低

效率受很多方面影響，與器件的選擇和PCB布板都有很大關(guān)系，另外，與使用條件也有較大關(guān)系。為了得到高效率，請遵循以下幾點(diǎn)：

⒈ PCB布線要符合規(guī)範(fàn)；

⒉ 元器件選擇要符合要求，使用低ESR的電解電容，容量要足夠；肖特基選用低VF值的；電感可以使用鐵矽鋁材質(zhì)；

⒊ 可以適當(dāng)改變輸出LED的串並方式，使VIN與VOUT的壓差不要太大，通常VIN不要超過VOUT的3倍為佳。

Q8.XL3001，XL3003，XL3005系列芯片開關(guān)波形亂

正常的開關(guān)波形應(yīng)該是標(biāo)準(zhǔn)的矩形波，開關(guān)波形亂通常會伴隨著效率的降低，主要註意下幾點(diǎn)：

⒈ PCB布線是否符合規(guī)範(fàn)，重點(diǎn)關(guān)註反饋?zhàn)呔€是否有靠近芯片開關(guān)(SW)，電感，肖特基等處；

⒉ 元器件選擇是否符合要求，尤其是輸出電解電容和電感值是否偏小。

Q9.XL3001，XL3003，XL3005系列芯片芯片最小工作壓差

 推薦最好有1V以上的壓差。

Q10.開關(guān)波形有較高的毛刺和負(fù)壓

註意肖特基處的走線，減少寄生電感；

輸入電容靠近芯片引腳。

Q11.當(dāng)使用交流供電時(shí)，輸出電流小於設(shè)定值

  當(dāng)使用交流時(shí)，要先經(jīng)過整流濾波後變成直流，再送到芯片，如果整流後的最低電壓比輸出電壓低時(shí)，就會出現(xiàn)上述情況。解決方案：增加輸入電容的容量，使整流後最低電平大於輸出電壓1V。

Q12.在使用交流供電時(shí)，為什麼要選用肖特基做整流橋

肖特基二極管擁用更低的導(dǎo)通壓降，減小損耗。

Q13.系統(tǒng)短路芯片是否損壞

如果先短路，再上電，整個系統(tǒng)都不會有損壞；

如果先上電，再短路，有壹定機(jī)率燒毀采樣電阻，芯片不會損壞。

Q14.輸入電容是否必要

必要，輸入電容要為芯片提供瞬態(tài)大電流，去掉會出現(xiàn)芯片工作不正常，甚至損壞。

Q15.VIN與VC間的電容可否省略

不可以。VC為內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器旁路電容引腳，在典型應(yīng)用中，需要在VIN與VC引腳之間連接1個1uF電容。