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XL6013,XL6005,XL6006系列升压恒流产品设计指南 V1.0

信息来源 : 网络 发布时间:2016-12-31 01:26 | 1529 次浏览

XL6013,XL6005,XL6006系列升压恒流产品设计指南

XL60XX系列升压恒流产品设计指南.pdf

XL6013、XL6005、XL6006系列升压LED驱动芯片快速选择表

产品型号

输入电压范围

开关电流

开关频率

输出电压

典型应用

效率(Max)

封装类型

功率
XL6013
5.0V~40V
2A400KHz
6V~60V
7串1W LED
93%
SOP-8L
≤8W
XL6005
3.6V~32V
4A180KHz5V~60V
7串2W LED
94%
TO252-5L
≤20W
XL6006
5.0V~32V
5A180KHz
6V~60V
10串3W LED
94%
TO263-5L
≤50W

注:12V输入时,输出40V以内,XL6005推荐输出功率小于15W,XL6006小于25W;24V输入时,输出56V以内,XL6005推荐输出功率小于20W,XL6006小于50W。

XL6013、XL6005、XL6006系列升压LED驱动芯片典型应用电路图


XL6013、XL6005、XL6006系列升压LED驱动芯片系统应用设计

电感选择

电感的选择取决于VIN与VOUT压差、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:


VD为最大输出电流条件下,输出续流二极管的压降。


ILDCMAX为最小输入电压对应的输入平均电流。

选用低直流电阻的电感可获得更高的转换效率。


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~100uF之间,只需要RMS电流满足即可,输入电容RMS电流计算如下:


输入电容耐压按照1.5*VINMAX进行选择;

在未使用陶瓷电容时,建议在输入电容上并联一个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):



输出电流设计

FB为芯片内部基准误差放大器输入端,内部基准稳定在0.22V;

FB通过外部电阻采样输出电流,对输出电流进行调整,输出电流计算公式为:


输出电流精度取决于芯片VFB精度与RCS精度,选择精度更高的电阻可以获得精度更高的输出电压,RCS精度需要控制在±1%以内。

采样电阻RCS额定功率建议应至少大于2倍PRCS


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。

输出电容选择

在输出端应选择低ESR电容以减小输出纹波电压。

输出电容容量与输出电压纹波计算如下:

COUT≥1.5*VOUT;

输出电容最小RMS电流计算如下:


PCB设计

VIN,GND,SW,VOUT+,VOUT-是大电流途径,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号地方,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。

系统输入输出规格参数

 输入电压:VIN=10V~14V,典型值12V;

 输出电压:VOUT=30V;

 输出电流:IOUT=0.8;

 输出纹波电压:VRIPLE=0.5%*VOUT

 转换效率:η=90%。

选择芯片:

故选择XL6006,开关频率为180KHz。

选择电感:

选择电感量为68uH;饱和电流5A。


计算输入电容:

选择RMS电流大于178mA,耐压大于21V的电解电容。



计算采样电阻:

可以使用2个0.56Ω并联,考虑到功率,可以选择1206封装。为了保证精度,请至少选用1%的电阻。


续流二极管选择:

二极管额定电流:I=1.5*IOUT=1.5*0.8=1.2A

反向耐压:30V*1.3=39V

选择2A,40V肖特基。

选择输出电容:

输出电容容量:


VCOUT≥1.5*VOUT=1.5*30V=45V

输出电容最小RMS电流计算:


故可选择33uF/50V陶瓷电容。

如果选择电解电容,则要选择IRMS大于1A,容量大于33uF,耐压大于45V。

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(下图蓝色虚线框中电路)。

Q1:VDS≥1.5*VINMAX

DZ1:VDZ1=10V,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吸收电路(上图蓝色虚线框中电路);

D2:VD2=1.2*VINMAX≤40V

解决方案二:输入添加过压保护电路(下图红色虚线框中电路)。

Q1:VDS≥1.5*VINMAX

DZ1:VDZ1=1.2*VINMAX≤40V,500mW;

DZ2:VDZ2=10V,500mW;

R1,R3,R4,R5,R6:20K;

R2:10K;

Q2,Q3:VCE≥1.5*VINMAX


Q3.LED、RCS烧毁、COUT炸开、肖特基损坏

上电时,如果输出开路,FB接地,芯片会以最大占空比工作,输出电压会升的很高。如果电解电容耐压不足,则会炸开;同样,如果肖特基反向耐压不足,则可能被击穿;如果先开路,再接上LED,由于输出电容的电压远高于LED所需电压,接通瞬间电流会很大,可能会导致LED或RCS烧毁。
解决方案:
保证输出端一直有负载;增加开路保护电路(见下图)。其中R1=1K,DZ1=1.2*VOUT。曾加开路保护后,开路电压约等于DZ1的值。开路后再接入LED时,可以保护LED及RCS,同时,也可以使用更小耐压值的输出电容及肖特基二极管

Q4.如何调光

更改采样电阻RCS;
PWM信号变化占空比调节输出电流(见下图):
PWM:频率1KHz~10KHz;
高电平为5V时,R2选择19K;
高电平为3.3V时,R2选择12K。


使用模拟调光(见下图)

可以通过改变VA电压实现调光,也可以通过改变R2阻值实现调光。


Q5.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:


Q6.EMC电路

传导:输入端加π形滤波
辐射:SW到地加RC吸收电路,输出加共模电感。

 

  Q7.效率低

效率受很多方面影响,与器件的选择和PCB布板都有很大关系,另外,与使用条件也有较大关系。为了得到一个高效率,请遵循以下几点:
PCB布线要符合规范;
元器件选择要符合要求,使用低ESR的电解电容,容量要足够;肖特基选用低VF值的;电感可以使用铁硅铝材质;
可以适当改变输出LED的串并方式,使VIN与VOUT的压差不要太大,通常VOUT不要超过VIN的3倍为佳

Q8.开关波形有较高的毛刺和负压

 PCB布线要符合规范,尤其要注意肖特基处的走线,减少寄生电感。

Q9.使用交流供电注意事项

整流后的峰值不要超过输出电压;
输出电容容量要足够,要使整流后谷值不低于5V,最好整流后谷值不低于输出电压的1/3,以保证正常工作及较高的效率;
整流桥使用肖特基二极管,肖特基二极管的VF较低,减小损耗。

Q10.系统短路芯片是否损坏

短路后芯片不会损坏,但采样电阻会损坏;
增加短路保护电路可(下图红色虚线框中电路)


Q11.可否使用EN脚调光

不可以,EN脚只用来作开关,调光请使用FB脚。

Q12.输入电容可否省略

不可以,输入电容要为芯片提供瞬态大电流,去掉会出现芯片工作不正常,甚至损坏。

Q13.输入105陶瓷电容可否省略

不可以,陶瓷电容要靠近芯片引脚,滤除高频毛刺,使芯片工作稳定。

Q14.开关波形乱

正常的开关波形应该是标准的矩形波,开关波形乱通常会伴随着效率的降低。
解决方案:
PCB布线是否符合规范,重点关注反馈走线是否有靠近芯片开关(SW),电感,肖特基等处;元器件选择是否符合要求,尤其是输出电解电容和电感值是否偏小。

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