XC9248系列同步降压DC/DC转换器：特性与应用解析

在电子设备的电源设计中，DC/DC转换器扮演着关键角色。今天要给大家介绍的是XC9248系列同步降压DC/DC转换器，不过需要注意的是，该系列已不推荐用于新设计。即便如此，了解它的特性和应用场景，对于电子工程师来说仍具有一定的参考价值。

文件下载：XC9248B08-EVB-3.3V.pdf

一、产品概述

XC9248系列是一款内置Nch - Nch驱动晶体管的18V自举同步降压DC/DC转换器。其输入电压范围为4.5V至18V，最大输出电流可达2.2A，适用于数字家电电源等场景，并且可以搭配小型陶瓷电容器使用。该系列具有0.8V的参考电压，通过外接电阻，输出电压可在1.0V至12V之间自由设置。控制方法采用同步PWM（Source/ Sink），软启动时间内部设定为2.8ms（典型值），也可通过外部电容进行调整。此外，它还具备UVLO（欠压锁定）功能，当输入电压降至3.8V（典型值）以下时，内部驱动晶体管会被强制关闭。同时，该系列还拥有过流保护、VOUT短路保护、Lx短路保护、VOUT过压保护和热关断等多种保护功能。

二、产品特性

2.1 电气参数

特性	详情
输入电压	4.5V ~ 18V
输出电压	1.0V ~ 12V（VFB = 0.8V ± 1.5%）
输出电流	2.2A
效率	93.8%（在VIN = 12V，VOUT = 5V，IOUT = 700mA时）
振荡频率	500kHz
最大占空比	79%
软启动时间	固定2.8ms，可由外部电容设置
保护电路	UVLO、高低侧过流保护、VOUT短路保护、Lx短路保护、VOUT过压保护、热关断
封装	SOP - 8FD
环保特性	符合欧盟RoHS标准，无铅

2.2 引脚配置

XC9248系列的引脚配置如下：	引脚编号	引脚名称	功能
1	VIN	电源输入
2	EN	使能
3	SS	外部软启动
4	FB	FB电压监测
5	VL	内部稳压器输出
6	BST	预驱动电源
7	GND	接地
8	LX	开关输出

使能引脚EN的状态决定了转换器的工作状态：当EN为低电平时，转换器进入待机状态；当EN为高电平时，转换器处于工作状态；需要注意的是，EN引脚悬空会导致未定义状态，禁止这样操作。

三、典型应用电路与参数设置

3.1 典型应用电路

在典型应用电路中，需要选择合适的外部组件，如电感L、电容CIN、CL、CBST、CVL等。常见的电感型号有TDK的CLF10040T100N（10μH）、CLF7045T6R8N（6.8μH），TAIYO YUDEN的NR6045T4R5M（4.5μH）、NR6028T2R2N（2.2μH）等；电容方面，CIN常用10μF的陶瓷电容并联，CL常用22μF的陶瓷电容并联。

3.2 输出电压设置

输出电压可通过连接外部分压电阻来设置，计算公式为： [V{OUT }=0.8 timesleft(R{F B 1}+R{F B 2}right) / R{F B 2}] 其中，RFB1和RFB2的阻值决定了输出电压的大小，且RFB1和RFB2的阻值之和应小于150kΩ。例如，当RFB1 = 47kΩ，RFB2 = 15kΩ时，输出电压VOUT = 3.3V。

3.3 线圈电流设置

为了实现稳定的电流反馈控制，XC9248系列在将线圈中的峰 - 峰电流（Ipk）设置在0.5A至1A之间时性能最佳。Ipk值可通过以下公式计算： [I p k[A]=(VIN-Vout ) × Vout / VIN / 0.5 / L[A H]] 例如，当VIN = 5.0V，VOUT = 1.0V，L = 2.2μH时，Ipk = 0.73A。

3.4 外部软启动设置

可以在SS引脚连接一个电容，以设置比内部软启动时间更长的时间。当EN引脚设置为VENH电压或更高时，会有一个典型值为4μA的电流流入SS引脚对电容进行充电。当SS引脚电压达到SS阈值电压VSSTH（典型值为1.8V）时，输出电压达到设定电压的约90%。外部软启动时间可通过以下公式计算： [External soft - start time =V{SSTH } × C{SS } / I_{SS }] 例如，当Css = 0.1μF时，外部软启动时间为45ms。

四、工作原理与保护机制

4.1 工作原理

XC9248系列由参考电压源、内部参考电压源、斜坡波电路、误差放大器、PWM比较器、相位补偿电路、Nch MOS驱动晶体管、电流限制电路、UVLO、短路保护电路、热关断电路、过压保护等组成。通过误差放大器将FB引脚电压与内部参考电压进行比较，信号输入到PWM比较器以确定开关的导通时间。电流反馈电路监测Nch MOS驱动晶体管的电流，对误差放大器输出信号进行调制，以实现稳定的反馈回路，确保输出电压稳定。

4.2 保护机制

• 过流保护：包括低侧驱动电流限制和高侧驱动电流限制。低侧驱动电流限制通过检测低侧驱动晶体管的电流来等效监测线圈电流的底部值，当超过限制值时，禁止高侧驱动晶体管导通，并降低开关频率；高侧驱动电流限制则通过检测高侧驱动晶体管的电流来等效监测线圈电流的峰值，当达到限制值时，强制关闭高侧驱动晶体管。对于A型，当过流状态持续1.1ms（典型值）时，会触发过流锁存，关闭高低侧驱动晶体管；B型则是自动恢复型，直到过流状态解除。
• 热关断：当芯片温度达到150℃时，热关断电路启动，关闭Nch MOS驱动晶体管，LX引脚进入CL放电状态并停止工作。当温度降至125℃或更低时，IC执行软启动功能重新启动输出。
• UVLO电路：当VIN电压降至3.8V（典型值）或更低时，Nch MOS驱动晶体管被强制关闭，LX引脚进入CL放电状态。当VIN电压升至3.9V（典型值）或更高时，恢复开关操作，并执行软启动功能。
• VOUT短路保护：当A型检测到输出电压VOUT短路到GND或接近短路状态（FB电压为1/2或更低），且有超过电流限制的电流流过高低侧驱动晶体管时，会立即关闭并锁存高低侧驱动晶体管。
• Lx短路保护：当LX引脚短路到GND时，为防止过流和保护IC，会激活LX短路保护。
• VOUT过压保护：当VOUT过冲导致FB电压升至0.9V（典型值）或更高时，立即关闭高侧驱动晶体管，打开低侧驱动晶体管以防止VOUT过冲。当FB电压因滞后降至0.8V（典型值）或更低时，高侧驱动晶体管在下一个时钟周期开启。
• CL高速放电功能：当EN引脚输入低电平时，IC进入待机状态，通过Lx和GND之间的Nch MOS开关晶体管可快速放电输出电容CL，防止IC停止时因CL电荷残留导致应用故障。

五、使用注意事项

在使用XC9248系列时，需要注意以下几点：

1. 对于临时的电压降或电压上升现象，若超过额定值，IC可能会出现故障。
2. DC/DC转换器的特性很大程度上取决于外部连接的组件以及IC本身的特性，因此在选择组件时，要参考各组件的规格和典型标准电路示例，尤其要注意电容器的特性，建议使用B特性（JIS标准）或X7R、X5R（EIA标准）的陶瓷电容器。
3. 当布线阻抗较高时，根据输出电流的不同，操作可能会因噪声和/或相位滞后而变得不稳定。因此，应将输入电容（CIN）和输出电容（CL）尽可能靠近IC布线。
4. 该IC通过低侧驱动电流限制电路和高侧驱动电流限制电路监测线圈中的峰 - 峰电流，峰 - 峰电流会因输入电压和输出电压的差异以及线圈的L值而变化，在某些情况下，电流限制可能会频繁激活，导致操作不稳定或电流无法达到最大输出电流。
5. 对于A型，当出现急剧的负载波动时，Vout电压降会通过CFB直接传递到FB引脚，短路保护可能会在高于Vout电压1/2的电压下激活。
6. VL引脚是DC/DC控制块操作的内部稳压器输出，为了稳定运行，应始终在VL引脚连接外部电容CVL，不要将VL引脚用于外部电源，因为它已作为本地电源进行了优化。
7. 该IC在最低工作电压或更低电压下操作可能会变得不稳定。
8. 确保不超过外部组件和IC的绝对最大额定值。
9. 在使用该产品时，建议用户在系统中采用故障安全设计和老化后保护处理。

虽然XC9248系列已不推荐用于新设计，但它所具备的多种特性和保护机制，为我们在电源设计方面提供了很好的参考。在实际应用中，我们需要根据具体需求，综合考虑各种因素，选择合适的电源解决方案。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。