XC9248系列同步降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器：特性與應(yīng)用解析

在電子設(shè)備的電源設(shè)計中，DC/DC轉(zhuǎn)換器扮演著關(guān)鍵角色。今天要給大家介紹的是XC9248系列同步降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器，不過需要注意的是，該系列已不推薦用于新設(shè)計。即便如此，了解它的特性和應(yīng)用場景，對于電子工程師來說仍具有一定的參考價值。

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一、產(chǎn)品概述

XC9248系列是一款內(nèi)置Nch - Nch驅(qū)動晶體管的18V自舉同步降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器。其輸入電壓范圍為4.5V至18V，最大輸出電流可達(dá)2.2A，適用于數(shù)字家電電源等場景，并且可以搭配小型陶瓷電容器使用。該系列具有0.8V的參考電壓，通過外接電阻，輸出電壓可在1.0V至12V之間自由設(shè)置?？刂品椒ú捎猛絇WM（Source/ Sink），軟啟動時間內(nèi)部設(shè)定為2.8ms（典型值），也可通過外部電容進(jìn)行調(diào)整。此外，它還具備UVLO（欠壓鎖定）功能，當(dāng)輸入電壓降至3.8V（典型值）以下時，內(nèi)部驅(qū)動晶體管會被強(qiáng)制關(guān)閉。同時，該系列還擁有過流保護(hù)、VOUT短路保護(hù)、Lx短路保護(hù)、VOUT過壓保護(hù)和熱關(guān)斷等多種保護(hù)功能。

二、產(chǎn)品特性

2.1 電氣參數(shù)

2.2 引腳配置

使能引腳EN的狀態(tài)決定了轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)：當(dāng)EN為低電平時，轉(zhuǎn)換器進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)；當(dāng)EN為高電平時，轉(zhuǎn)換器處于工作狀態(tài)；需要注意的是，EN引腳懸空會導(dǎo)致未定義狀態(tài)，禁止這樣操作。

三、典型應(yīng)用電路與參數(shù)設(shè)置

3.1 典型應(yīng)用電路

在典型應(yīng)用電路中，需要選擇合適的外部組件，如電感L、電容CIN、CL、CBST、CVL等。常見的電感型號有TDK的CLF10040T100N（10μH）、CLF7045T6R8N（6.8μH），TAIYO YUDEN的NR6045T4R5M（4.5μH）、NR6028T2R2N（2.2μH）等；電容方面，CIN常用10μF的陶瓷電容并聯(lián)，CL常用22μF的陶瓷電容并聯(lián)。

3.2 輸出電壓設(shè)置

輸出電壓可通過連接外部分壓電阻來設(shè)置，計算公式為： [V{OUT }=0.8 timesleft(R{F B 1}+R{F B 2}right) / R{F B 2}] 其中，RFB1和RFB2的阻值決定了輸出電壓的大小，且RFB1和RFB2的阻值之和應(yīng)小于150kΩ。例如，當(dāng)RFB1 = 47kΩ，RFB2 = 15kΩ時，輸出電壓VOUT = 3.3V。

3.3 線圈電流設(shè)置

為了實現(xiàn)穩(wěn)定的電流反饋控制，XC9248系列在將線圈中的峰 - 峰電流（Ipk）設(shè)置在0.5A至1A之間時性能最佳。Ipk值可通過以下公式計算： [I p k[A]=(VIN-Vout ) × Vout / VIN / 0.5 / L[A H]] 例如，當(dāng)VIN = 5.0V，VOUT = 1.0V，L = 2.2μH時，Ipk = 0.73A。

3.4 外部軟啟動設(shè)置

可以在SS引腳連接一個電容，以設(shè)置比內(nèi)部軟啟動時間更長的時間。當(dāng)EN引腳設(shè)置為VENH電壓或更高時，會有一個典型值為4μA的電流流入SS引腳對電容進(jìn)行充電。當(dāng)SS引腳電壓達(dá)到SS閾值電壓VSSTH（典型值為1.8V）時，輸出電壓達(dá)到設(shè)定電壓的約90%。外部軟啟動時間可通過以下公式計算： [External soft - start time =V{SSTH } × C{SS } / I_{SS }] 例如，當(dāng)Css = 0.1μF時，外部軟啟動時間為45ms。

四、工作原理與保護(hù)機(jī)制

4.1 工作原理

XC9248系列由參考電壓源、內(nèi)部參考電壓源、斜坡波電路、誤差放大器、PWM比較器、相位補(bǔ)償電路、Nch MOS驅(qū)動晶體管、電流限制電路、UVLO、短路保護(hù)電路、熱關(guān)斷電路、過壓保護(hù)等組成。通過誤差放大器將FB引腳電壓與內(nèi)部參考電壓進(jìn)行比較，信號輸入到PWM比較器以確定開關(guān)的導(dǎo)通時間。電流反饋電路監(jiān)測Nch MOS驅(qū)動晶體管的電流，對誤差放大器輸出信號進(jìn)行調(diào)制，以實現(xiàn)穩(wěn)定的反饋回路，確保輸出電壓穩(wěn)定。

4.2 保護(hù)機(jī)制

• 過流保護(hù)：包括低側(cè)驅(qū)動電流限制和高側(cè)驅(qū)動電流限制。低側(cè)驅(qū)動電流限制通過檢測低側(cè)驅(qū)動晶體管的電流來等效監(jiān)測線圈電流的底部值，當(dāng)超過限制值時，禁止高側(cè)驅(qū)動晶體管導(dǎo)通，并降低開關(guān)頻率；高側(cè)驅(qū)動電流限制則通過檢測高側(cè)驅(qū)動晶體管的電流來等效監(jiān)測線圈電流的峰值，當(dāng)達(dá)到限制值時，強(qiáng)制關(guān)閉高側(cè)驅(qū)動晶體管。對于A型，當(dāng)過流狀態(tài)持續(xù)1.1ms（典型值）時，會觸發(fā)過流鎖存，關(guān)閉高低側(cè)驅(qū)動晶體管；B型則是自動恢復(fù)型，直到過流狀態(tài)解除。
• 熱關(guān)斷：當(dāng)芯片溫度達(dá)到150℃時，熱關(guān)斷電路啟動，關(guān)閉Nch MOS驅(qū)動晶體管，LX引腳進(jìn)入CL放電狀態(tài)并停止工作。當(dāng)溫度降至125℃或更低時，IC執(zhí)行軟啟動功能重新啟動輸出。
• UVLO電路：當(dāng)VIN電壓降至3.8V（典型值）或更低時，Nch MOS驅(qū)動晶體管被強(qiáng)制關(guān)閉，LX引腳進(jìn)入CL放電狀態(tài)。當(dāng)VIN電壓升至3.9V（典型值）或更高時，恢復(fù)開關(guān)操作，并執(zhí)行軟啟動功能。
• VOUT短路保護(hù)：當(dāng)A型檢測到輸出電壓VOUT短路到GND或接近短路狀態(tài)（FB電壓為1/2或更低），且有超過電流限制的電流流過高低側(cè)驅(qū)動晶體管時，會立即關(guān)閉并鎖存高低側(cè)驅(qū)動晶體管。
• Lx短路保護(hù)：當(dāng)LX引腳短路到GND時，為防止過流和保護(hù)IC，會激活LX短路保護(hù)。
• VOUT過壓保護(hù)：當(dāng)VOUT過沖導(dǎo)致FB電壓升至0.9V（典型值）或更高時，立即關(guān)閉高側(cè)驅(qū)動晶體管，打開低側(cè)驅(qū)動晶體管以防止VOUT過沖。當(dāng)FB電壓因滯后降至0.8V（典型值）或更低時，高側(cè)驅(qū)動晶體管在下一個時鐘周期開啟。
• CL高速放電功能：當(dāng)EN引腳輸入低電平時，IC進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，通過Lx和GND之間的Nch MOS開關(guān)晶體管可快速放電輸出電容CL，防止IC停止時因CL電荷殘留導(dǎo)致應(yīng)用故障。

五、使用注意事項

在使用XC9248系列時，需要注意以下幾點(diǎn)：

1. 對于臨時的電壓降或電壓上升現(xiàn)象，若超過額定值，IC可能會出現(xiàn)故障。
2. DC/DC轉(zhuǎn)換器的特性很大程度上取決于外部連接的組件以及IC本身的特性，因此在選擇組件時，要參考各組件的規(guī)格和典型標(biāo)準(zhǔn)電路示例，尤其要注意電容器的特性，建議使用B特性（JIS標(biāo)準(zhǔn)）或X7R、X5R（EIA標(biāo)準(zhǔn)）的陶瓷電容器。
3. 當(dāng)布線阻抗較高時，根據(jù)輸出電流的不同，操作可能會因噪聲和/或相位滯后而變得不穩(wěn)定。因此，應(yīng)將輸入電容（CIN）和輸出電容（CL）盡可能靠近IC布線。
4. 該IC通過低側(cè)驅(qū)動電流限制電路和高側(cè)驅(qū)動電流限制電路監(jiān)測線圈中的峰 - 峰電流，峰 - 峰電流會因輸入電壓和輸出電壓的差異以及線圈的L值而變化，在某些情況下，電流限制可能會頻繁激活，導(dǎo)致操作不穩(wěn)定或電流無法達(dá)到最大輸出電流。
5. 對于A型，當(dāng)出現(xiàn)急劇的負(fù)載波動時，Vout電壓降會通過CFB直接傳遞到FB引腳，短路保護(hù)可能會在高于Vout電壓1/2的電壓下激活。
6. VL引腳是DC/DC控制塊操作的內(nèi)部穩(wěn)壓器輸出，為了穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)始終在VL引腳連接外部電容CVL，不要將VL引腳用于外部電源，因為它已作為本地電源進(jìn)行了優(yōu)化。
7. 該IC在最低工作電壓或更低電壓下操作可能會變得不穩(wěn)定。
8. 確保不超過外部組件和IC的絕對最大額定值。
9. 在使用該產(chǎn)品時，建議用戶在系統(tǒng)中采用故障安全設(shè)計和老化后保護(hù)處理。

雖然XC9248系列已不推薦用于新設(shè)計，但它所具備的多種特性和保護(hù)機(jī)制，為我們在電源設(shè)計方面提供了很好的參考。在實際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體需求，綜合考慮各種因素，選擇合適的電源解決方案。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。