XL6013,XL6005,XL6006系列升壓恒流產(chǎn)品設(shè)計指南

XL60XX系列升壓恒流產(chǎn)品設(shè)計指南.pdf

XL6013、XL6005、XL6006系列升壓LED驅(qū)動芯片快速選擇表

注：12V輸入時，輸出40V以內(nèi)，XL6005推薦輸出功率小于15W，XL6006小于25W；24V輸入時，輸出56V以內(nèi)，XL6005推薦輸出功率小于20W，XL6006小于50W。

XL6013、XL6005、XL6006系列升壓LED驅(qū)動芯片典型應(yīng)用電路圖

XL6013、XL6005、XL6006系列升壓LED驅(qū)動芯片系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計

電感選擇

電感的選擇取決于V_IN與V_OUT壓差、所需輸出電流與芯片開關(guān)頻率，連續(xù)模式電感最小值計算公式如下：

V_D為最大輸出電流條件下，輸出續(xù)流二極管的壓降。

I_LDCMAX為最小輸入電壓對應(yīng)的輸入平均電流。

選用低直流電阻的電感可獲得更高的轉(zhuǎn)換效率。

輸入電容

升壓轉(zhuǎn)換器的輸入電流是持續(xù)電流，尺寸與容量取決于輸入阻抗，一般條件下，輸入電容容量選擇在10uF~100uF之間，只需要RMS電流滿足即可，輸入電容RMS電流計算如下：

輸入電容耐壓按照1.5*V_INMAX進(jìn)行選擇；

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

計算最大輸出電流

升壓轉(zhuǎn)換器內(nèi)部電流限制的是功率管與電感上的峰值電流ΔIL ，最大輸出電流取決于輸出電壓、最小輸入電壓、ΔIL與效率，計算如下(預(yù)留10%以上裕量)：

輸出電流設(shè)計

FB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0.22V；

FB通過外部電阻采樣輸出電流，對輸出電流進(jìn)行調(diào)整，輸出電流計算公式為：

輸出電流精度取決于芯片VFB精度與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壓，R_CS精度需要控制在±1%以內(nèi)。

采樣電阻R_CS額定功率建議應(yīng)至少大于2倍P_RCS。

續(xù)流二極管選擇

續(xù)流二極管需要選擇肖特基二極管，肖特基二極管V_F值越低，轉(zhuǎn)換效率越高；

續(xù)流二極管額定電流值大于最大輸出電流的1.5倍；

續(xù)流二極管反向耐壓大于輸出電壓，建議預(yù)留輸出電壓的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。

輸出電容容量與輸出電壓紋波計算如下：

COUT≥1.5*VOUT；

輸出電容最小RMS電流計算如下：

PCB設(shè)計

VIN,GND,SW,VOUT+,VOUT-是大電流途徑，注意走線寬度，減小寄生參數(shù)對系統(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走線遠(yuǎn)離電感與肖特基等有開關(guān)信號地方，F(xiàn)B走線使用地線包圍較佳；

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：V_IN=10V~14V，典型值12V；

 輸出電壓：V_OUT=30V；

 輸出電流：I_OUT=0.8；

 輸出紋波電壓：V_RIPLE=0.5%*V_OUT；

 轉(zhuǎn)換效率：η=90%。

選擇芯片：

故選擇XL6006，開關(guān)頻率為180KHz。

選擇電感：

選擇電感量為68uH；飽和電流5A。

計算輸入電容：

選擇RMS電流大于178mA，耐壓大于21V的電解電容。

計算采樣電阻：

可以使用2個0.56Ω并聯(lián)，考慮到功率，可以選擇1206封裝。為了保證精度，請至少選用1%的電阻。

續(xù)流二極管選擇：

二極管額定電流：I=1.5*I_OUT=1.5*0.8=1.2A

反向耐壓：30V*1.3=39V

選擇2A，40V肖特基。

選擇輸出電容：

輸出電容容量：

V_COUT≥1.5*VOUT=1.5*30V=45V

輸出電容最小RMS電流計算：

故可選擇33uF/50V陶瓷電容。

如果選擇電解電容，則要選擇I_RMS大于1A，容量大于33uF，耐壓大于45V。

常見問題與解決方案

Q1.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.輸入尖峰電壓損壞芯片

解決方案一：輸入添加瞬態(tài)尖峰電壓吸收電路(上圖藍(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(下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.LED、RCS燒毀、COUT炸開、肖特基損壞

上電時，如果輸出開路，F(xiàn)B接地，芯片會以最大占空比工作，輸出電壓會升的很高。如果電解電容耐壓不足，則會炸開；同樣，如果肖特基反向耐壓不足，則可能被擊穿；如果先開路，再接上LED，由于輸出電容的電壓遠(yuǎn)高于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：
保證輸出端一直有負(fù)載;增加開路保護(hù)電路(見下圖)。其中R1=1K，DZ1=1.2*VOUT。曾加開路保護(hù)后，開路電壓約等于DZ1的值。開路后再接入LED時，可以保護(hù)LED及RCS，同時，也可以使用更小耐壓值的輸出電容及肖特基二極管

Q4.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，R2選擇19K；
高電平為3.3V時，R2選擇12K。

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.最大輸出電壓設(shè)計為多少合理

與占空比相關(guān)，一般將占空比設(shè)計在30%~70%之間比較理想，12V輸入最大輸出電壓控制在40V以內(nèi)，24V輸入最大輸出電壓控制在56V以內(nèi)，輸入輸出壓差越小，轉(zhuǎn)換效率越高，性能越好。

占空比計算如下：

Q6.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。

  Q7.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。為了得到一個高效率，請遵循以下幾點(diǎn)：
PCB布線要符合規(guī)范；
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；電感可以使用鐵硅鋁材質(zhì)；
可以適當(dāng)改變輸出LED的串并方式，使VIN與VOUT的壓差不要太大，通常VOUT不要超過VIN的3倍為佳

Q8.開關(guān)波形有較高的毛刺和負(fù)壓

 PCB布線要符合規(guī)范，尤其要注意肖特基處的走線，減少寄生電感。

Q9.使用交流供電注意事項(xiàng)

整流后的峰值不要超過輸出電壓；
輸出電容容量要足夠，要使整流后谷值不低于5V，最好整流后谷值不低于輸出電壓的1/3，以保證正常工作及較高的效率；
整流橋使用肖特基二極管，肖特基二極管的VF較低，減小損耗。

Q10.系統(tǒng)短路芯片是否損壞

短路后芯片不會損壞，但采樣電阻會損壞；
增加短路保護(hù)電路可(下圖紅色虛線框中電路)

Q11.可否使用EN腳調(diào)光

不可以，EN腳只用來作開關(guān)，調(diào)光請使用FB腳。

Q12.輸入電容可否省略

不可以，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。

Q13.輸入105陶瓷電容可否省略

不可以，陶瓷電容要靠近芯片引腳，濾除高頻毛刺，使芯片工作穩(wěn)定。

Q14.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。
解決方案：
PCB布線是否符合規(guī)范，重點(diǎn)關(guān)注反饋?zhàn)呔€是否有靠近芯片開關(guān)(SW)，電感，肖特基等處；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。