XLSEMI_XL40XX降压电源芯片方案应用设计指南(XL4013|XL4015|XL4016)

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XLSEMI_XL40XX降压电源芯片方案应用设计指南(XL4013,XL4015,XL4016)

 XLSEMI_降压电源管理方案选型表(XL4013_XL4015_XL4016)

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

XL4013

8V-36V

4A

180KHz

1.25V~32V

5V/3A

12V/2A

94%

TO252-5L

≤20W

 

XL4015

8V-36V

5A

180KHz

1。25V~32V

5V/4A

12V/3A

94%

TO263-5L

≤50W

 

XL4016

8V-40V

8A

180KHz

1。25V~36V

5V/8A

12V/6A

94%

TO220-5L

≤70W

 

 XL4013_XL4015_XL4016典型应用原理图:

 

 

image

输入电容

􀂾降压转换器的非持续输入电流会在输入电容上产生较大的纹波电流,输入电容最大RMS电流计算如下,输入电容最大RMS电流产生于50%占空比左右:

                            image

􀂾输入电容起到储能、滤波与提供瞬态电流作用,在连续模式中,转换器的输入电流是一组占空比约为VOUT/VIN的方波。为了防止大的瞬态电压,必须采用针对最大RMS电流要求而选择低ESR(等效串联电阻)输入电容器。

 image

ΔVIN为输入电压纹波,FSW为开关频率;

􀂾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。

 

CC电容

􀂾VC是芯片内部电压调节旁路电容,内部电压调节旁路电容,需要在VC与VIN之间并联1uF电容。

输出电压设计,FB为芯片内部基准误差放大器输入端,内部基准稳定在1.25V;

􀂾FB通过过外部电阻分压网络,检测输出电压进行调整,输出电压计算公式为:

image

R1取值范围1KΩ~10KΩ;

􀂾输出电压精度取决于芯片VFB精度、R1与R2精度,选择精度更高的电阻可以获得精度更高的输出电压,R1、R2精度需要控制在±1%以内。

 

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,电感最小值计算公式如下:

image     image

电感饱和电流最小为1。5*IOUTMAX;选用低直流电阻的电感可获得更高的转换效率。

续流二极管选择

􀂾续流二极管在开关管关闭时有电流通过,形成续流通路;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,正常工作时平均正向电流可计算如下:

image

􀂾续流二极管反向耐压大于最高输入电压,建议预留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,一般来说,一旦电容ESR得到满足,电容就足以满足需求。任何电容器的ESR连同其自身容量将为系统产生一个零点,ESR值越大,零点位于的频率段越低,而陶瓷电容的零点处于一个较高的频率上,通常可以忽略,是一种上佳的选择,但与电解电容相比,大容量、高耐压陶瓷电容会体积较大,成本较高,因此使用0。1uF至1uF的陶瓷电容与低ESR电解电容结合使用是不错的选择。

􀂾输出电压纹波由ΔVOUT_C(电容放电引起)和ΔVOUT_ESR(电容的ESR引起)组成,计算如下:

image

image

image

 

􀂾输出电容容值及ESR取决于能够允许的最大输出电压纹波和负载电流突变时输出电压的最大偏移量;当负载突增时,转换器需要2至3个时钟周期来对输出电压下降做出反应,在转换器做出反应之前,输出电容需要提供突变的负载电流。

􀂾在合适的输出电压下冲需要的最小输出电容容量计算如下:

image

 

􀂾在合适的输出电压过冲需要的最小输出电容容量计算如下:

 image

 

IOL:负载瞬态电流低值;

IOH:负载瞬态电流高值;

VUS:输出下冲电压;

VOS:输出过冲电压。

 

PCB设计注意事项:

􀂾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,哪里需要稳定就反馈哪里,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。

 

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