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XL6013,XL6005,XL6006系列升壓恒流產品設計指南 V1.0

信息來源 : 網絡 發佈時間:2017-01-08 11:45 | 253 次瀏覽

XL6013,XL6005,XL6006系列升壓恒流產品設計指南

XL60XX系列升壓恒流產品設計指南.pdf

XL6013、XL6005、XL6006系列升壓LED驅動芯片快速選擇表

產品型號

輸入電壓範圍

開關電流

開關頻率

輸出電壓

典型應用

效率(Max)

封裝類型

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

註:12V輸入時,輸出40V以內,XL6005推薦輸出功率小於15W,XL6006小於25W;24V輸入時,輸出56V以內,XL6005推薦輸出功率小於20W,XL6006小於50W。

XL6013、XL6005、XL6006系列升壓LED驅動芯片典型應用電路圖


XL6013、XL6005、XL6006系列升壓LED驅動芯片系統應用設計

電感選擇

電感的選擇取決於VIN與VOUT壓差、所需輸出電流與芯片開關頻率,連續模式電感最小值計算公式如下:


VD為最大輸出電流條件下,輸出續流二極管的壓降。


ILDCMAX為最小輸入電壓對應的輸入平均電流。

選用低直流電阻的電感可獲得更高的轉換效率。


輸入電容

升壓轉換器的輸入電流是持續電流,尺寸與容量取決於輸入阻抗,壹般條件下,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*VINMAX進行選擇;

在未使用陶瓷電容時,建議在輸入電容上並聯壹個0.1uF~1uF的高頻貼片陶瓷電容進行高頻去藕。


計算最大輸出電流

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



輸出電流設計

FB為芯片內部基準誤差放大器輸入端,內部基準穩定在0.22V;

FB通過外部電阻采樣輸出電流,對輸出電流進行調整,輸出電流計算公式為:


輸出電流精度取決於芯片VFB精度與RCS精度,選擇精度更高的電阻可以獲得精度更高的輸出電壓,RCS精度需要控制在±1%以內。

采樣電阻RCS額定功率建議應至少大於2倍PRCS


續流二極管選擇

續流二極管需要選擇肖特基二極管,肖特基二極管VF值越低,轉換效率越高;

續流二極管額定電流值大於最大輸出電流的1.5倍;

續流二極管反向耐壓大於輸出電壓,建議預留輸出電壓的30%以上裕量。

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。

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設計

VIN,GND,SW,VOUT+,VOUT-是大電流途徑,註意走線寬度,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,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,註意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=10V~14V,典型值12V;

 輸出電壓:VOUT=30V;

 輸出電流:IOUT=0.8;

 輸出紋波電壓:VRIPLE=0.5%*VOUT

 轉換效率:η=90%。

選擇芯片:

故選擇XL6006,開關頻率為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電流大於178mA,耐壓大於21V的電解電容。



計算采樣電阻:

可以使用2個0.56Ω並聯,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。


續流二極管選擇:

二極管額定電流:I=1.5*IOUT=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:


VCOUT≥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IRMS大於1A,容量大於33uF,耐壓大於45V。

常見問題與解決方案

Q1.輸入正負極接反芯片損壞

解決方案:添加防反接電路(下圖藍色虛線框中電路)。

Q1:VDS≥1.5*VINMAX

DZ1:VDZ1=10V,500mW;

R3:20K;

R4:20K。


Q2.輸入尖峰電壓損壞芯片

解決方案壹:輸入添加瞬態尖峰電壓吸收電路(上圖藍色虛線框中電路);

D2:VD2=1.2*VINMAX≤40V

解決方案二:輸入添加過壓保護電路(下圖紅色虛線框中電路)。

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燒毀、COUT炸開、肖特基損壞

上電時,如果輸出開路,FB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,由於輸出電容的電壓遠高於LED所需電壓,接通瞬間電流會很大,可能會導致LED或RCS燒毀。
解決方案:
保證輸出端壹直有負載;增加開路保護電路(見下圖)。其中R1=1K,DZ1=1.2*VOUT。曾加開路保護後,開路電壓約等於DZ1的值。開路後再接入LED時,可以保護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.如何調光

更改采樣電阻RCS;
PWM信號變化占空比調節輸出電流(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。


使用模擬調光(見下圖)

可以通過改變VA電壓實現調光,也可以通過改變R2阻值實現調光。


Q5.最大輸出電壓設計為多少合理

與占空比相關,壹般將占空比設計在30%~70%之間比較理想,12V輸入最大輸出電壓控制在40V以內,24V輸入最大輸出電壓控制在56V以內,輸入輸出壓差越小,轉換效率越高,性能越好。

占空比計算如下:


Q6.EMC電路

傳導: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布板都有很大關系,另外,與使用條件也有較大關系。為了得到壹個高效率,請遵循以下幾點:
PCB布線要符合規範;
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;
可以適當改變輸出LED的串並方式,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.開關波形有較高的毛刺和負壓

 PCB布線要符合規範,尤其要註意肖特基處的走線,減少寄生電感。

Q9.使用交流供電註意事項

整流後的峰值不要超過輸出電壓;
輸出電容容量要足夠,要使整流後谷值不低於5V,最好整流後谷值不低於輸出電壓的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.系統短路芯片是否損壞

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


Q11.可否使用EN腳調光

不可以,EN腳只用來作開關,調光請使用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大電流,去掉會出現芯片工作不正常,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,使芯片工作穩定。

Q14.開關波形亂

正常的開關波形應該是標準的矩形波,開關波形亂通常會伴隨著效率的降低。
解決方案:
PCB布線是否符合規範,重點關註反饋走線是否有靠近芯片開關(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。

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