最近申请了Torex 的新品,小型包含电感的 宽输入电压 DCDC ,本来是两个型号都有,但是后面说只能给一个,随便吧~我看完以后觉得还是非常的有意思,可以学习。
小模块
项目 | 说明 |
---|---|
类型 | 降压型、内置电感、微型 DC/DC 模块 |
封装 | DFN3030-10B(3.0mm × 3.0mm × 1.7mm) |
工作电压 | 3.0V ~ 36.0V(最大 40V,峰值瞬态 46V/400ms) |
输出电压范围 | 2.8V ~ 6.0V(可外部电阻设定) |
输出电流 | 最大 600mA |
控制模式 | XCL247:强制 PWM(F-PWM) XCL248:自动 PWM/PFM 切换 |
工作频率 | 固定 1.2MHz |
典型效率 | 88%(VIN=12V, VOUT=5V, IOUT=300mA) |
静态电流 | XCL247:270μA,XCL248:11μA(轻载效率更优) |
保护机制 | 过电流、热关断、欠压锁定(UVLO)、过压保护(OVP) |
特殊功能 | 可编程软启动、Power Good 指示、内置电感 |
推荐应用 | 工业自动化、传感器、LDO 替代、安防设备、家电等 |
参数
完整的保护功能,反正电源芯片都会有的
XCL247(F-PWM):全负载范围内维持恒定 1.2MHz PWM 开关频率,噪声低,EMI 好处理。
XCL248(PWM/PFM 自动切换):轻载自动进入 PFM(降低开关频率),空载电流超低,静态功耗仅 11μA。
性能表现
通过反馈分压电阻设定:
RFB2 ≤ 200kΩ,RFB1 + RFB2 ≤ 1MΩ
推荐添加 CFB 提升相位裕度,设定公式为:
内建软启动时间 tSS1 ≈ 2.2ms
支持外部软启动设定(EN/SS 接脚外接 RC):
功能 | 描述 |
---|---|
UVLO | VIN < 2.7V 停止开关;VIN > 2.8V 恢复 |
OVP | VFB > 0.81V,关闭高侧 FET,防止输出过冲 |
高侧电流限制 | ILIMH ≈ 1.4A |
低侧电流限制 | ILIML ≈ 1.0A |
反向电流限制 | ≈ -0.9A,防止过充电回流损坏 |
热关断 | 160°C 停止工作,回退至 135°C 自动恢复 |
也有PG引脚
元件 | 推荐值 |
---|---|
CIN1 | 2.2μF/50V X7R(低 ESR 陶瓷) |
CIN2 | 0.1μF/50V |
CL(输出电容) | ≥24.6μF(并联低 ESR 陶瓷) |
RFB1/RFB2/CFB | 根据所需输出电压及 fzfb 设定 |
这个拉线是容易的
4层板
大电流路径短而宽(减少阻抗)
CIN、CL、IC 尽可能放在同一面,避免通过高阻抗 VIA
FB 线尽量靠近芯片,防止噪声干扰
避免在强磁场环境下使用(内置电感受磁干扰)
12v和24V
输出电流 vs. 效率:XCL248(PFM 模式)在轻载效率更高(这里我没有放图)
纹波10~20mV的样子
纹波电压 < 30mV(常规负载),负载瞬态响应良好
应用场景 | XCL247(F-PWM) | XCL248(PWM/PFM) |
---|---|---|
EMI 敏感设备 | 频率恒定,易滤波 | 轻载频率变化 |
电池供电 | 静态功耗略高 | 静态电流超低(11μA) |
工业传感/自动化 | 稳定性高 | 高效节能 |
替代 LDO | 低压差,高效率 | 空载功耗极低 |
文中说了两个模式,别的DCDC也有,可以集中学习一下:
开关管以固定频率(如 XCL248 中为 1.2MHz)切换;通过调节每周期导通时间(Duty Cycle)来控制输出电压;误差放大器输出与斜坡波形比较决定开关时刻。
特性 | 优势 |
---|---|
恒定频率 | EMI 易处理,可设计固定带宽滤波器 |
稳态响应快 | 相位裕度可调,负载响应好 |
输出纹波小 | 高频率 + 固定 Duty 抑制纹波 |
轻载时效率低(因频繁开关造成切换损耗);空载时仍保持高频开关,静态功耗较大。
当负载很轻或接近空载时,不再维持固定频率;输出电压略微下降(FB<目标值)时,才触发一次“脉冲”(High-side 开通);达到目标后休眠(FET 全关)直到电压再次下降。
特性 | 优势 |
---|---|
超低功耗 | 空载时开关频率接近 0,静态电流最小(XCL248 典型 Iq = 11μA) |
高轻载效率 | 低负载时省去了频繁导通,效率极高 |
输出频率变化大,EMI 设计困难;输出纹波较大,难以滤除;负载瞬态响应略慢。
XCL248 在负载不同阶段,自动在 PWM 与 PFM 之间切换,结合两种模式的优点:
场景 | 模式 | 切换逻辑 |
---|---|---|
重载、中载 | PWM | 维持 1.2MHz 开关,保证稳定、快速响应 |
轻载(< 300mA) | PFM | 当线圈电流降至 IPFM 阈值(Typ. 300mA)即转入间歇性开关 |
空载 / 待机 | PFM | 停止开关,仅靠输出电容维持电压,最大限度节能 |
PWM 和 PFM 是开关电源中常见的两种控制模式
高频率下降(节能);只在需要补充能量时导通;输出电压略有上下波动(纹波)。
应用场景 | 推荐模式 |
---|---|
EMI 敏感、电磁兼容要求高 | PWM(XCL247 或 XCL248 高负载) |
电池供电、长待机、低功耗 IoT | PFM(自动)(XCL248) |
电流负载变化剧烈 | 自动切换(XCL248) |
PWM 模式优于噪声控制和响应速度,PFM 模式优于低功耗和高轻载效率,XCL248 实现自动切换,兼顾二者,适合大部分通用场景。
画图比划一下:
用 Python 模拟 PWM vs PFM 的时域波形、效率曲线和纹波电压
波形:高频(1.2MHz)恒定频率方波,占空比控制电压。
效率:在中高负载时表现良好。
纹波:较低,波形平稳。
波形:脉冲式导通,频率随负载变化,轻载下频率大幅下降。
效率:轻载时效率远高于 PWM。
纹波:由于间歇导通,输出纹波明显增加。
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.gridspec as gridspec
# 时间轴
t = np.linspace(0, 10e-6, 1000) # 0 ~ 10µs
# PWM 模式:固定频率(1.2MHz)方波,调节占空比
pwm_freq = 1.2e6
pwm_period = 1 / pwm_freq
pwm_duty = 0.5 # 50%
pwm_wave = ((t % pwm_period) < (pwm_duty * pwm_period)).astype(float)
# PFM 模式:低频(例如 200kHz)脉冲,每隔一段时间补充能量
pfm_wave = np.zeros_like(t)
pfm_pulse_width = 0.5e-6 # 每次脉冲宽度
pfm_gap = 3e-6 # 脉冲之间间隔
for i in range(len(t)):
if ((t[i] % (pfm_pulse_width + pfm_gap)) < pfm_pulse_width):
pfm_wave[i] = 1
# 模拟效率曲线(虚拟数据)
iout = np.logspace(0, 3, 200) # 1mA~1000mA
eff_pwm = 80 + 10 * (1 - np.exp(-iout / 50))
eff_pfm = 90 - 20 * np.exp(-iout / 50)
# 模拟输出纹波(虚拟数据)
ripple_pwm = 10 + 5 * np.exp(-iout / 200) # mV
ripple_pfm = 25 + 10 * np.exp(-iout / 300) # mV
# 绘图
fig = plt.figure(figsize=(14, 10))
gs = gridspec.GridSpec(3, 2)
# PWM 波形
ax0 = fig.add_subplot(gs[0, 0])
ax0.plot(t * 1e6, pwm_wave, label='PWM', color='blue')
ax0.set_title("PWM Mode Switching Waveform")
ax0.set_xlabel("Time (µs)")
ax0.set_ylabel("Switch State")
ax0.grid(True)
# PFM 波形
ax1 = fig.add_subplot(gs[0, 1])
ax1.plot(t * 1e6, pfm_wave, label='PFM', color='green')
ax1.set_title("PFM Mode Switching Waveform")
ax1.set_xlabel("Time (µs)")
ax1.set_ylabel("Switch State")
ax1.grid(True)
# 效率对比
ax2 = fig.add_subplot(gs[1, 0])
ax2.plot(iout, eff_pwm, label='PWM', color='blue')
ax2.plot(iout, eff_pfm, label='PFM', color='green')
ax2.set_title("Efficiency vs Output Current")
ax2.set_xscale('log')
ax2.set_xlabel("Output Current (mA)")
ax2.set_ylabel("Efficiency (%)")
ax2.grid(True)
ax2.legend()
# 纹波电压对比
ax3 = fig.add_subplot(gs[1, 1])
ax3.plot(iout, ripple_pwm, label='PWM', color='blue')
ax3.plot(iout, ripple_pfm, label='PFM', color='green')
ax3.set_title("Output Ripple vs Output Current")
ax3.set_xscale('log')
ax3.set_xlabel("Output Current (mA)")
ax3.set_ylabel("Ripple Voltage (mV)")
ax3.grid(True)
ax3.legend()
# 隐藏第3行空格
fig.tight_layout()
plt.show()
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