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

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V_IN与V_OUT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：

V_D为最大输出电流条件下，输出续流二极管的压降。

I_LDCMAX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*V_INMAX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R_CS精度，选择精度更高的电阻可以获得精度更高的输出电压，R_CS精度需要控制在±1%以内。

采样电阻R_CS额定功率建议应至少大于2倍P_RCS。

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V_F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：V_IN=10V~14V，典型值12V；

 输出电压：V_OUT=30V；

 输出电流：I_OUT=0.8；

 输出纹波电压：V_RIPLE=0.5%*V_OUT；

 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*I_OUT=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：

V_COUT≥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I_RMS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*VIN_MAX；

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*VIN_MAX≤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*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V_A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。