XL4001,XL4201,XL4301,XL4501車(chē)充系列產(chǎn)品快速選擇表：

特點(diǎn) ：

（1）輸出電壓、電流可調(diào)，恒流精度高，支持Quick Charge-2.0；

（2）XL4301具有線(xiàn)損補(bǔ)償功能；

（3）占空比支持至100% 。

典型應(yīng)用電路圖

備注：
1.XL4001與XL4501沒(méi)有VC引腳；

2.XL4001有EN功能引腳。

備注：XL4301具有線(xiàn)損補(bǔ)償功能，補(bǔ)償 比例與R3阻值相關(guān)，參考規(guī)格書(shū)。

系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)

輸入電容

●降壓轉(zhuǎn)換器的非持續(xù)輸入電流會(huì)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：

●輸入電容起到儲(chǔ)能 濾波與提供瞬態(tài)電流作用，在連續(xù)模式中，轉(zhuǎn)換器的輸入電流是一組占空比約為VOUT/VIN的方波。為了防止大的瞬態(tài)電壓，必須采用針對(duì)最大RMS電流要求而選擇低ESR(等效串聯(lián)電阻)輸入電容器。

ΔVIN為輸入電壓紋波，F(xiàn)SW為開(kāi)關(guān)頻率；

●輸入電容耐壓按照1.5*VIN MAX 進(jìn)行選擇；

●在未使用陶瓷電容時(shí)，建議在輸入電容上并聯(lián)一個(gè)0.1uF~1uF的高頻貼片陶瓷電容進(jìn)行高頻去耦。

CC電容

●CC是芯片內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)旁路電容，需要在VC與VIN之間并聯(lián)1uF電容。

電感選擇

●電感的選擇取決于VIN與VOUT壓差、所需輸出電流與芯片開(kāi)關(guān)頻率，電感最小值計(jì)算公式如下：

電感飽和電流最小為1.5*IOUT_MAX； 選用低直流電阻、磁芯損耗低的電感可獲得更高的轉(zhuǎn)換效率。

輸出電壓設(shè)計(jì)

●FB為芯片內(nèi)部基準(zhǔn)誤差放大器輸入端，內(nèi)部基準(zhǔn)為 固定值；

●FB通過(guò)外部電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，檢測(cè)輸出電壓進(jìn)行調(diào)整，輸出電壓計(jì)算公式為：

●R1取值范圍1KΩ~10KΩ；

輸出電壓精度取決于芯片VFB精度、R1與R2精度，選擇精度更高的電阻可以獲得精度更高的輸出電壓，R1、R2精度需要控制在±1%以?xún)?nèi)。

輸出電流設(shè)計(jì)

●CS為芯片內(nèi)部基準(zhǔn)誤差放大器輸入端,內(nèi)部基準(zhǔn)為 固定值；

●CS通過(guò)外部限流電阻，檢測(cè)限流電阻電壓進(jìn)行調(diào)整，輸出電流計(jì)算公式為：

●RCS選用溫漂系數(shù)小、標(biāo)稱(chēng)功率是實(shí)際損耗功率2倍以上功率電阻，電阻RCS損耗功率計(jì)算公式為；

●輸出電流精度取決于芯片VCS精度、RCS精度，選擇精度更高的電阻可以獲得精度更高的輸出電流，RCS精度需要控制在±1%以?xún)?nèi)。

續(xù)流二極管選擇

●續(xù)流二極管在開(kāi)關(guān)管關(guān)閉時(shí)有電流通過(guò)二極管，形成電流通路；需要選擇肖特基二極管，肖特基二極管VF值低，反向恢復(fù)時(shí)間短；

●續(xù)流二極管額定電流值大于最大輸出電流，正常工作時(shí)平均正向電流計(jì)算公式如下：

●續(xù)流二極管流過(guò)的最大電流等于電感的峰值電流；

●續(xù)流二極管反向耐壓大于最高輸入電壓，建議預(yù)留30%以上余量。

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，一般來(lái)說(shuō)，一旦電容ESR得到滿(mǎn)足，電容就足以滿(mǎn)足需求。任何電容器的ESR連同其自身容量將為系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)零點(diǎn)，ESR值越大，零點(diǎn)位于的頻率段越低，而陶瓷電容的零點(diǎn)處于一個(gè)較高的頻率上，通?？梢院雎?，是一種上佳的選擇，但與電解電容相比，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(cuò)的選擇。

●輸出電壓紋波由ΔVOUT_C(電容充放電引起)和ΔVOUT_ESR(電容的ESR引起)組成，計(jì)算如下：

●輸出電容耐壓按照1.5*VOUT_MAX進(jìn)行選擇。

●輸出電容容值及ESR取決于能夠允許的最大輸出電壓紋波和負(fù)載電流突變時(shí)輸出電壓的最大偏移量；當(dāng)負(fù)載突增時(shí)，轉(zhuǎn)換器需要2至3個(gè)時(shí)鐘周期來(lái)對(duì)輸出電壓下降做出反應(yīng)，在轉(zhuǎn)換器做出反應(yīng)之前，輸出電容需要提供突變的負(fù)載電流。

●在合適的輸出電壓下沖需要的最小輸出電容容量計(jì)算如下：

在合適的輸出電壓過(guò)沖需要的最小輸出電容容量計(jì)算如下：

I_OL:負(fù)載瞬態(tài)電流低值；I_OH:負(fù)載瞬態(tài)電流高值；

V_US:輸出下沖電壓；V_OS:輸出過(guò)沖電壓。

PCB設(shè)計(jì)

●VIN GND SW VOUT+ VIN,GND,SW,VOUT+,VOUT-是大電流途徑，注意走線(xiàn)寬度，減小寄生參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能影響；

●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；

●FB走線(xiàn)遠(yuǎn)離電感與肖特基等有開(kāi)關(guān)信號(hào)地方，哪里需要穩(wěn)定就反饋哪里；CS走線(xiàn)遠(yuǎn)離電感與肖特基等有開(kāi)關(guān)信號(hào)地方，CS、FB走線(xiàn)使用地線(xiàn)包圍較佳；

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

系統(tǒng)輸入輸出規(guī)格參數(shù)

●輸入電壓：VIN=8V~30V，VIN 8V 典型值為12V；

●輸出電壓：VOUT=5V，滿(mǎn)載輸出時(shí)電壓增大0.5V；

●輸出電流：IOUT=2.4A；

●瞬態(tài)響應(yīng)(0.8~2.4A)：5%；

●輸出紋波電壓：100mV。

芯片選擇XL4301，芯片開(kāi)關(guān)頻率180KHz

計(jì)算輸入電容：

VCIN=1.5*VIN_MAX=1.5*30=45V

選擇CIN容量100uF,RMS電流大于1200mA，耐壓大于等于45V。

CC電容選擇：

CC電容選擇容量為1uF，耐壓50V的陶瓷電容。

選擇電感：

電感最小飽和電流=1.5*2.4=3.6A

選擇電感量47uH，飽和電流4A。

備注：電感在帶載時(shí)，其磁導(dǎo)率會(huì)隨安匝數(shù)之積增大而減?。姼懈辛繒?huì)下降），選取的電感需要在流過(guò)3.6A電流時(shí)，其感量要大于32.1uH。

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)生于最大輸入電壓時(shí)：

二極管流過(guò)最大電流等于電感峰值電流

選擇反向耐壓40V、電流能力5A、SMC封裝的肖特基二極管。

分壓電阻選擇：

假定R1=3.3K；

選擇R1=3.3K，R2=10K，1%精度。計(jì)算出來(lái)輸出電壓中心值為5.038V。

補(bǔ)償電阻選擇：

輸出電壓補(bǔ)償比例為：

根據(jù)規(guī)格書(shū)查表可得，輸出電壓補(bǔ)償10%時(shí)，補(bǔ)償電阻需選用10K。

限流電阻選擇（未焊接補(bǔ)償電阻）：

考慮到限流電阻阻值誤差，為保證輸出電流達(dá)到2.4A，通常在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)將輸出電流的中心值設(shè)置在2.6A左右。

限流電阻選擇（焊接線(xiàn)補(bǔ)電阻）：

 考慮到芯片限流點(diǎn)增大比例與輸出電壓增大比例一致，可以先將實(shí)際輸出電流2.4A作為計(jì)算值來(lái)推導(dǎo)出RCS阻值：

選用2個(gè)0 091Ω電阻并聯(lián)阻值為0.0455Ω；

輸出電壓補(bǔ)償10%后，芯片限流點(diǎn)會(huì)增大相同比例，即系統(tǒng)最大輸出電流為：

限流最大電阻損耗功率：

限流電阻選用2個(gè)阻值0.091Ω，精度1%，功耗1/3W的貼片電阻。

輸出電容選擇：

●先考慮負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

輸出下沖電壓<0 25V

輸出過(guò)沖電壓<0 25V

選擇輸出電容容量為220uF 。

●再計(jì)出紋電壓

△VOUT=△VOUT_C+△VOUT_ESR→△VOUT_ESR-△VOUT_C→△VOUT_ESR=100mV-2.27mV=97.73mV

●最后計(jì)算耐壓
VCOUT≥1.5*VOUT=1.5*5=7.5V

選擇輸出電容容量為220uF，ESR小于0.13Ω，耐壓10V。

『常見(jiàn)問(wèn)題與解決方案』

●Q1.輸出短路時(shí)芯片工作狀態(tài)
  輸出短路時(shí)，芯片工作狀態(tài)為降頻、降壓、限流；開(kāi)關(guān)頻率降至50KHz左右，輸出電壓降低至0.5V以下，短路電流為設(shè)定的恒流電流；當(dāng)撤銷(xiāo)短路后，芯片可以自動(dòng)重啟并恢復(fù)至正常工作狀態(tài)。

●Q2.芯片加工溫度與操作結(jié)溫

  芯片加工峰值溫度控制在250℃以?xún)?nèi)；可操作結(jié)溫范圍是-40-125℃，最高結(jié)溫是150℃，超過(guò)150℃，芯片會(huì)出現(xiàn)過(guò)溫保護(hù)。

●Q3.輸入、輸出端105電容是否可以去除

105陶瓷電容不能去除。105陶瓷電容主要用來(lái)濾除電路上的高頻毛刺干擾，保證芯片穩(wěn)定運(yùn)行。

●Q4.芯片背部焊盤(pán)電氣屬性

XL4001芯片背部焊盤(pán)為GND屬性，XL4201、XL4301、XL4501芯片背部焊盤(pán)為SW屬性。背部焊盤(pán)可以輔助散熱，需使用錫膏將焊盤(pán)與PCB板上預(yù)留的焊盤(pán)焊接在一起，提高散熱效果。

●Q5.電感磁芯材質(zhì)與繞線(xiàn)線(xiàn)徑

功率電感建議選用磁損小，飽和磁通密度高的鐵硅鋁磁芯電感。3A電流選用直徑0.6mm銅線(xiàn)，4A電流選用直徑0.8mm銅線(xiàn), 5A電流選用直徑1.0mm銅線(xiàn)。

●Q6.肖特基規(guī)格

輸出5V/1.0方案，選用電流3A，SMA封裝肖特基，如SS34； 5V/2.1A選用電流5A，SMB封裝肖特基，如SK54； 5V/2.4A選用電流5A，SMC封裝肖特基，如B540C；5V/4.2A應(yīng)用選用電流10A，TO-252封裝肖特基,如MBR1045G。

●Q7.如何給電池、感性負(fù)載（繼電器、電機(jī)）供電

  考慮到輸入斷電時(shí)電池電流會(huì)倒灌至芯片內(nèi)部，感性負(fù)載在啟停時(shí)產(chǎn)生的高壓會(huì)損壞芯片，可以在輸出端添加肖特基來(lái)反向隔離。給電池供電時(shí)，肖特基選取原則是，肖特基電流能力是充電電流的2倍以上，充電電流0.8A可以選用SMA封裝的SS34，充電電流0.8-1.5A選用SMB封裝的SK54，充電電流1.5A-2.0A選用SMC封裝的B540C。給感性負(fù)載供電，負(fù)載啟停瞬間，電流產(chǎn)生的高壓比較大，建議選用耐壓100V的肖特基或耐壓更高的快恢復(fù)二極管。

電流突變產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：