XL60XX系列SEPIC恒流产品设计指南 V1.0_专栏

一、内容介绍

XL60XX系列是针对LED照明的全集成开关型变换方案，采用自主研发的60V高压制造工艺、输入电压可兼容到40V以上、贴片封装、内置高压功率管、过温保护、过流保护、输出过压保护等安全保护电路，系统最大输出功率达到50W以上、转换效率高、外围元器件简洁、体积小、系统性价比高、可支持BOOST、SEPIC等多种拓扑结构。本文详细介绍了此系列产品SEPIC升降压恒流输出变换应用的典型电路、外围元器件设计、设计实例、常见问题与解决方案。

二、XL60XX系列快速选择表

三、典型应用电路图

四、系统应用设计

（1）电感选择
SEPIC转换器中的两个电感可使用两个独立电感，也可使用同轴磁芯的耦合电感，使用耦合电感可获得更高的转换效率与更好的性能。

VD为最大输出电流条件下，输出续流二极管的压降。
开关电流等于IL1+IL2，最大开关电流平均值计算如下：

最大开关电流峰值计算如下：

开关纹波电流：

电感纹波电流：

连续模式电感最小值计算公式如下：
使用分离电感时：

使用耦合电感时：

电感峰值电流：

选用低直流电阻的电感可获得更高的转换效率。

（2）输入电容

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1.5VINMAX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。

（3）计算最大输出电流

SEPIC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)：

（4）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通过检测外部采样电阻电压，对输出电流进行调整，输出电流计算公式为：

采样电阻功率为：

输出电流精度取决于芯片VFB精度、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。

（5）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最大输入电压与输出电压之和，建议预留30%以上裕量。

（6）耦合电容选择

耦合电容CDC耐压大于最大输入电压与输出电压之和，建议预留30%以上裕量；
耦合电容容量计算如下：

耦合电容RMS电流计算如下：

（7）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：

VCOUT≥1.5VOUT；
输出电容最小RMS电流计算如下：

（8）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。

五、设计实例

（1）系统输入输出规格参数
输入电压：VIN=10V~30V，典型值为12V；
输出电压：VOUT=13.2V；
输出电流：IOUT=1.2A；
转换效率：η=87%；
输出电压纹波：1%VOUT；
芯片选用XL6006；
开关频率：FSW=180KHz。

（2）选择电感

使用分离电感时：

使用耦合电感时：

选择分离电感时，L1，L2电感量为110uH,饱和电流3A；
选择耦合电感时，L1，L2电感量为56uH,饱和电流3A。

（3）计算输入电容

VCIN=1.5VINMAX=1.530=45V
选择CIN容量100uF,RMS电流大于170mA，耐压大于等于45V。

（4）计算采样电阻

可以使用2个0.36Ω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。

（5）续流二极管选择

二极管额定电流：
ID=1.2IOUT=1.51.2=1.8A
反向耐压：VINMAX+VOUT=30+13.2=43.2V
选择2A,60V肖特基。

（6）选择输出电容
输出电容容量：

输出电容ESR：

选择输出电容：
VCOUT≥1.5VOUT=1.513.2V=19.8V。
输出电容最小RMS电流计算如下：

选择25V，容量大于68uF，RMS电流大于1402mA电解电容。
选择耦合电容：
耦合电容耐压
VCDC≥VINMAX+VOUT=30+13.2=43.2V

选择60V,容量大于100uF,RMS电流大于1402mA电解电容。

六、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(右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(右图蓝色虚线框中电路) ；D2:VD2=1.2VINMAX≤40V
解决方案二：输入添加过压保护电路(右图红色虚线框中电路) 。

Q1:VDS≥1.5VINMAX；
DZ1:VDZ1=1.2VINMAX≤40V，500mW；
DZ2:VDZ2=10V，500mW；
R1,R3,R4,R5,R6:20K；
R2:10K；
Q2,Q3:VCE≥1.5VINMAX。

Q3.如何调光
更改采样电阻RCS；
PWM信号变化占空比调节输出电压(见右图) 。

满足下公式：

使用模拟调光(见右图)，

满足下公式：

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。

Q4.输出短路保护怎么实现
解决方案：输出添加短路保护电路(右图蓝色虚线框中电路)

Q1:VDS≥1.5VOUT；ID≥2IOUT
RDS越小损耗越小，Q1发热量越低。

Q5.转换效率低
测试误差：用万用表测试输入电压、输入电流、输出电压、输出电流进行计算转换效率，不能使用电源、负载自带显示的数据，误差较大；
PCB布线：确保大电流途径走线宽度，减少寄生参数对系统性能影响，输入电容靠近芯片VIN与GND放置；
元器件参数：系统正常工作时，电感与肖特基对效率影响较大，推荐使用低VF值的肖特基，磁芯损耗较小的功率电感并确保饱和电流能力足够，一般情况下，环形铁硅铝磁芯的电感比黄白环铁粉芯的电感效率高5%左右。

Q6.输入欠压保护怎么实现
解决方案：输入添加欠压保护电路。
DZ1:VDZ1=欠压保护电压，500mW；
DZ2:VDZ2=10V，500mW；
Q1:VDS≥1.5VINMAX,ID ≥2IINMAX；
Q2:VCE≥1.5*VINMAX；
R4,R5:20K；
R3,R6:30K。

Q7.XL6005、XL6006芯片背铁电气属性
背铁电气属性与芯片第3脚一致。

Q8.怎么关闭芯片不工作
解决方案一：FB加高电平，芯片不工作(右上图)；

V1:2.5≤V1≤VIN。
解决方案二：输入加MOS关断(右下图虚线框中电路)，输出等于0。

V2:V2≤0.6V关闭输出，V2≥1.4V打开Q1，恢复输出；
Q1:VDS≥1.5VINMAX；
DZ1:VDZ1=10V，500mW；
R1,R2,R4:20K；
R3:30K；
Q2:VCE≥1.5VINMAX。