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

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V_IN與V_OUT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：

V_D為最大輸出電流條件下，輸出續流二極管的壓降。

I_LDCMAX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*V_INMAX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。

采樣電阻R_CS額定功率建議應至少大於2倍P_RCS。

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V_F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：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*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*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*VIN_MAX≤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*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，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V_A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。