XL4001,XL4201,XL4301,XL4501車充系列產品快速選擇表：

特點 ：

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

（2）XL4301具有線損補償功能；

（3）占空比支持至100% 。

典型應用電路圖

備注：
1.XL4001與XL4501沒有VC引腳；

2.XL4001有EN功能引腳。

備注：XL4301具有線損補償功能，補償 比例與R3阻值相關，參考規格書。

系統應用設計

輸入電容

●降壓轉換器的非持續輸入電流會在輸入電容上產生較大的紋波電流，輸入電容最大RMS電流計算如下：

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

ΔVIN為輸入電壓紋波，FSW為開關頻率；

●輸入電容耐壓按照1.5*VIN MAX 進行選擇；

●在未使用陶瓷電容時，建議在輸入電容上并聯一個0.1uF~1uF的高頻貼片陶瓷電容進行高頻去耦。

CC電容

●CC是芯片內部電壓調節旁路電容，需要在VC與VIN之間并聯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關頻率，電感最小值計算公式如下：

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換效率。

輸出電壓設計

●FB為芯片內部基準誤差放大器輸入端，內部基準為 固定值；

●FB通過外部電阻分壓網絡，檢測輸出電壓進行調整，輸出電壓計算公式為：

●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%以內。

輸出電流設計

●CS為芯片內部基準誤差放大器輸入端,內部基準為 固定值；

●CS通過外部限流電阻，檢測限流電阻電壓進行調整，輸出電流計算公式為：

●RCS選用溫漂系數小、標稱功率是實際損耗功率2倍以上功率電阻，電阻RCS損耗功率計算公式為；

●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%以內。

續流二極管選擇

●續流二極管在開關管關閉時有電流通過二極管，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，反向恢復時間短；

●續流二極管額定電流值大于最大輸出電流，正常工作時平均正向電流計算公式如下：

●續流二極管流過的最大電流等于電感的峰值電流；

●續流二極管反向耐壓大于最高輸入電壓，建議預留30%以上余量。

輸出電容選擇

●在輸出端應選擇低ESR電容以減小輸出紋波電壓，一般來說，一旦電容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產生一個零點，ESR值越大，零點位于的頻率段越低，而陶瓷電容的零點處于一個較高的頻率上，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電解電容結合使用是不錯的選擇。

●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，計算如下：

●輸出電容耐壓按照1.5*VOUT_MAX進行選擇。

●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載電流突變時輸出電壓的最大偏移量；當負載突增時，轉換器需要2至3個時鐘周期來對輸出電壓下降做出反應，在轉換器做出反應之前，輸出電容需要提供突變的負載電流。

●在合適的輸出電壓下沖需要的最小輸出電容容量計算如下：

在合適的輸出電壓過沖需要的最小輸出電容容量計算如下：

I_OL:負載瞬態電流低值；I_OH:負載瞬態電流高值；

V_US:輸出下沖電壓；V_OS:輸出過沖電壓。

PCB設計

●VIN GND SW VOUT+ VIN,GND,SW,VOUT+,VOUT-是大電流途徑，注意走線寬度，減小寄生參數對系統性能影響；

●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走線遠離電感與肖特基等有開關信號地方，哪里需要穩定就反饋哪里；CS走線遠離電感與肖特基等有開關信號地方，CS、FB走線使用地線包圍較佳；

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

系統輸入輸出規格參數

●輸入電壓：VIN=8V~30V，VIN 8V 典型值為12V；

●輸出電壓：VOUT=5V，滿載輸出時電壓增大0.5V；

●輸出電流：IOUT=2.4A；

●瞬態響應(0.8~2.4A)：5%；

●輸出紋波電壓：100mV。

芯片選擇XL4301，芯片開關頻率180KHz

計算輸入電容：

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，其磁導率會隨安匝數之積增大而減?。姼懈辛繒陆担x取的電感需要在流過3.6A電流時，其感量要大于32.1uH。

續流二極管選擇：

二極管工作時最大正向平均電流產生于最大輸入電壓時：

二極管流過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。計算出來輸出電壓中心值為5.038V。

補償電阻選擇：

輸出電壓補償比例為：

根據規格書查表可得，輸出電壓補償10%時，補償電阻需選用10K。

限流電阻選擇（未焊接補償電阻）：

考慮到限流電阻阻值誤差，為保證輸出電流達到2.4A，通常在設計時會將輸出電流的中心值設置在2.6A左右。

限流電阻選擇（焊接線補電阻）：

 考慮到芯片限流點增大比例與輸出電壓增大比例一致，可以先將實際輸出電流2.4A作為計算值來推導出RCS阻值：

選用2個0 091Ω電阻并聯阻值為0.0455Ω；

輸出電壓補償10%后，芯片限流點會增大相同比例，即系統最大輸出電流為：

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：

●先考慮負載瞬態響應

輸出下沖電壓<0 25V

輸出過沖電壓<0 25V

選擇輸出電容容量為220uF 。

●再計出紋電壓

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

●最后計算耐壓
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。

『常見問題與解決方案』

●Q1.輸出短路時芯片工作狀態
  輸出短路時，芯片工作狀態為降頻、降壓、限流；開關頻率降至50KHz左右，輸出電壓降低至0.5V以下，短路電流為設定的恒流電流；當撤銷短路后，芯片可以自動重啟并恢復至正常工作狀態。

●Q2.芯片加工溫度與操作結溫

  芯片加工峰值溫度控制在250℃以內；可操作結溫范圍是-40-125℃，最高結溫是150℃，超過150℃，芯片會出現過溫保護。

●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陶瓷電容主要用來濾除電路上的高頻毛刺干擾，保證芯片穩定運行。

●Q4.芯片背部焊盤電氣屬性

XL4001芯片背部焊盤為GND屬性，XL4201、XL4301、XL4501芯片背部焊盤為SW屬性。背部焊盤可以輔助散熱，需使用錫膏將焊盤與PCB板上預留的焊盤焊接在一起，提高散熱效果。

●Q5.電感磁芯材質與繞線線徑

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，4A電流選用直徑0.8mm銅線, 5A電流選用直徑1.0mm銅線。

●Q6.肖特基規格

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應用選用電流10A，TO-252封裝肖特基,如MBR1045G。

●Q7.如何給電池、感性負載（繼電器、電機）供電

  考慮到輸入斷電時電池電流會倒灌至芯片內部，感性負載在啟停時產生的高壓會損壞芯片，可以在輸出端添加肖特基來反向隔離。給電池供電時，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。給感性負載供電，負載啟停瞬間，電流產生的高壓比較大，建議選用耐壓100V的肖特基或耐壓更高的快恢復二極管。

電流突變產生的感應電動勢：