基于CXSD62671的宽电压输入非隔离DC-DC降压方案解析
在电动交通工具、工业控制系统和快充设备领域，高效稳定的电源转换方案至关重要。本文深入解析CXSD62671芯片的12V/3A宽电压输入非隔离DC-DC降压方案，涵盖设计原理、关键参数、PCB布局及元器件选型指南，助力工程师快速实现高性能电源设计。
一、方案核心特性
该方案采用双层PCB板（42mm×25mm×15mm紧凑尺寸），具备以下优势：
1.1.超宽输入电压范围：
1.1.1)输出12V时：18V～85V（兼容24V/48V/72V工业总线）
1.1.2)输出5V时：11V～85V（适配电动车电池波动）
1.2.高效节能：峰值效率达93.09%（12V输出），大幅降低系统热损耗
1.3.3A持续输出：满足大电流设备需求，支持使能控制功能定制
1.4.效率曲线
二、应用场景全覆盖
2.1.电动摩托车/自行车电压转换器
2.2.USB PD快充电源模块
2.3.光伏逆变器辅助电源
2.4.工业PLC控制系统供电
三、Buck拓扑工作原理
本方案的拓扑为典型的 BUCK 结构。其中，V 为开关管，D 为续流二极管，L 为储能电感，R 为负载电阻，
C 为输出端电容。
当开关管 V 导通时，输入电压对电感 L 充电，同时对负载供电；当开关管 V 截止时，由于电感上的电
流不能在瞬间发生突变，因此在电感上产生反向电动势以维持通过的电流不变。此时续流二极管 D 导通，
储存在电感上的电能就和续流二极管 D 构成的回路对负载供电。方案采用经典异步降压拓扑（图5-1）：
3.1.开关管导通阶段：MOS管（Q2）开启，输入电压向电感（L1）储能，同时为负载供电
Q1 这个 MOS 管要选择 GS 能在 4.5V 完全打开的低开启 MOS 管，MOS 管选择低内阻、
低结电容，能给CXSD62671 降压器提供好的性能。
在调试时，注意 MOS 管的开关毛刺尖峰，如果尖峰过大，可以将 MOS 管门级电阻改大。
3.2.开关管关断阶段：电感电流经续流二极管（D6）形成回路，维持负载电流连续性
3.3.续流二极管
续流二极管主要用于开关管关断时为电感电流提供一个回路，这个二极管的开关速度和正向
压降直接影响 DC-DC 的效率，采用肖特基二极管具有快速的开关速度和低的正向导通压降，
能给 CXSD62671 降压器提供高效率性能。
3.4.功率电感
CXSD62671 有两种工作模式分连续工作模式和不连续工作模式，电感的取值将影响降压
器的工作模式，在轻载时 CXSD62671 工作在不连续工作模式，同时电感值会影响到电感
电流的纹波，电感的选取可根据下式公式：
式中：
Vin 是输入电压；
Vout 是输出电压；
Fs 是 PWM 工作频率；
Iripple 是电感中电流纹波的峰峰值，通常选择 Iripple 不超过最大输出电流的 30%。
C1 为输入电容，C7 为输出电容，这 2 个电容特性对整机的转换效率有明显影响，所以要选择高频低内
阻的电容，以提高效率。
其中输出电容的容值的大小主要由输出电压的纹波要求决定，可由下式公式确定：
关键公式：输出电压纹波与电容关系
ΔVO=ΔIL(ESR+1/(8×FS×CO)
式中ΔVo 是输出电压纹波，ΔIL 是电感电流纹波，Fs 是 PWM 工作频率，ESR 是输出电容等效串联电阻。
四、关键电路设计解析
4.1. 输出电压设定
则输出电压:Vout=（1+R10/R13）*1.25V
如需设置输出电压到 12.08V，可设定 R10 为 13K，R13 为 1.5K，输出电压 Vout=（1+13/1.5）*1.25V=12.08V。
通过FB引脚电阻分压网络配置：
V_{out} = (1 + \frac{R_{10}}{R_{13}}) \times 1.25V
12V输出实例：R10=9.1KΩ, R13=1.1KΩ → Vout=(1+9.1/1.1)×1.25=12.08V
4.2. 输出峰值电流限制设定
Io=0.18V/R6
如需设置输出峰值为 3A，R6 为 0.050Ω，即 Io=0.18V/0.050Ω=3.6A。
电流检测电阻R6（0.05Ω）决定保护阈值：
I_{peak} = \frac{0.18V}{R_6} = 3.6A
五、PCB设计与BOM选型指南
5.1. 分层布局优化
5.1.1)Top层：功率路径（MOS管、电感、二极管）短直走线
5.1.2)Bottom层：控制信号与反馈网络，避免噪声耦合
5.2.元器件位图
5.2.1)Top 层位图
5.2.2)Bottom 层位图
5.3. 核心元器件选型
|
器件 |
选型要求 |
推荐型号 |
|---|---|---|
|
MOS管 |
Vgs<4.5V开启, 低内阻 |
AP15N10 (T0252) |
|
二极管 |
低压降肖特基 |
SS10100 (SMC) |
|
电感 |
50μH铁硅铝磁环(μ=125) |
线径0.8mm |
|
输入电容 |
低ESR电解电容 |
100μF/100V |
|
输出电容 |
高频低阻 |
1000μF/25V |
5.1.方案板元器件列表
|
序号 |
标号 |
规格 |
封装 |
数量 |
描述 |
供应商 |
|
1 |
U1 |
CXSD62671 |
SOP8 |
1 |
电源管理芯片 |
|
|
2 |
Q2 |
AP15N10 |
TO252 |
1 |
MOS 管 |
|
|
3 |
D6 |
SS10100 |
SMC |
1 |
贴片二极管 |
|
|
4 |
D3 |
6.8V |
SOD-123 |
1 |
稳压二极管 |
|
|
5 |
Q5 |
5551 |
SOT-23 |
1 |
NPN 三极管 |
|
|
6 |
L1 |
50uH |
空磁环Φ17 |
1 |
磁环铁硅铝μ=125，线径 0.8mm |
|
|
7 |
C1 |
100 uF/100V |
Φ 10 |
1 |
电解电容 100 uF/100V |
|
|
8 |
C |
1000 uF/16V |
Φ 10 |
1 |
电解电容 1000 uF/16V |
|
|
9 |
C2 |
0.1 uF/100V |
SMD1206 |
1 |
1206 贴片电容耐压 100V |
|
|
10 |
C12 |
10nF |
SMD0603 |
1 |
贴片电容耐压 25V 20% |
|
|
11 |
C8 |
0.1uF |
SMD0805 |
1 |
贴片电容耐压 25V 20% |
|
|
12 |
C5 |
0.1uF |
SMD0603 |
1 |
贴片电容耐压 25V 20% |
|
|
13 |
R6 |
0.050Ω |
SMD1210 |
1 |
1210 贴片功率电阻 1% |
|
|
14 |
R4 |
2Ω |
SMD0805 |
1 |
0805 贴片电阻 5% |
|
|
15 |
R3 |
10Ω |
SMD0805 |
1 |
0805 贴片电阻 5% |
|
|
16 |
R5,R9 |
1KΩ |
SMD0603 |
2 |
0603 贴片电阻 5% |
|
|
17 |
R18 |
1KΩ |
SMD0805 |
1 |
0805 贴片电阻 5% |
|
|
18 |
R13 |
1.2KΩ |
SMD0603 |
1 |
0603 贴片电阻 1% |
|
|
19 |
R10 |
3.6KΩ |
SMD0603 |
1 |
0603 贴片电阻 1% |
|
|
20 |
R11 |
100KΩ |
SMD0805 |
1 |
0805 贴片电阻 5% |
|
|
21 |
R2 |
200KΩ |
SMD0805 |
1 |
0805 贴片电阻 5% |
|
|
序号 |
标号 |
规格 |
封装 |
数量 |
描述 |
供应商 |
|
1 |
U1 |
CXSD62671 |
SOP8 |
1 |
电源管理芯片 |
|
|
2 |
Q2 |
AP15N10 |
TO252 |
1 |
MOS 管 |
|
|
3 |
D6 |
SS10100 |
SMC |
1 |
贴片二极管 |
|
|
4 |
D3 |
6.8V |
SOD-123 |
1 |
稳压二极管 |
|
|
5 |
Q5 |
5551 |
SOT-23 |
1 |
NPN 三极管 |
|
|
6 |
L1 |
50uH |
空磁环Φ17 |
1 |
磁环铁硅铝μ=125，线径 0.8mm |
|
|
7 |
C1 |
100 uF/100V |
Φ 10 |
1 |
电解电容 100 uF/100V |
|
|
8 |
C |
1000 uF/25V |
Φ 10 |
1 |
电解电容 1000 uF/25V |
|
|
9 |
C2 |
0.1 uF/100V |
SMD1206 |
1 |
1206 贴片电容耐压 100V |
|
|
10 |
C12 |
10nF |
SMD0603 |
1 |
贴片电容耐压 25V 20% |
|
|
11 |
C8 |
0.1uF |
SMD0805 |
1 |
贴片电容耐压 25V 20% |
|
|
12 |
C5 |
0.1uF |
SMD0603 |
1 |
贴片电容耐压 25V 20% |
|
|
13 |
R6 |
0.050Ω |
SMD1210 |
1 |
1210 贴片功率电阻 1% |
|
|
14 |
R4 |
2Ω |
SMD0805 |
1 |
0805 贴片电阻 5% |
|
|
15 |
R3 |
10Ω |
SMD0805 |
1 |
0805 贴片电阻 5% |
|
|
16 |
R5,R9 |
1KΩ |
SMD0603 |
2 |
0603 贴片电阻 5% |
|
|
17 |
R18 |
1KΩ |
SMD0805 |
1 |
0805 贴片电阻 5% |
|
|
18 |
R13 |
1.1KΩ |
SMD0603 |
1 |
0603 贴片电阻 1% |
|
|
19 |
R10 |
9.1KΩ |
SMD0603 |
1 |
0603 贴片电阻 1% |
|
|
20 |
R12 |
30KΩ |
SMD0603 |
1 |
0603 贴片电阻 5% |
|
|
21 |
R11 |
100KΩ |
SMD0805 |
1 |
0805 贴片电阻 5% |
|
|
22 |
R2 |
200KΩ |
SMD0805 |
1 |
0805 贴片电阻 5% |
|
电感设计公式：
L=Vin×FS×IrippleVout(Vin−Vout)
纹波电流建议≤30%满载电流（即≤0.9A）
六、效率优化实践
6.1.电容选型：输入/输出电容必须采用高频低ESR型号（如固态电解电容）
6.2.MOS管驱动：栅极电阻可调，抑制开关尖峰（增大电阻降低di/dt）
6.3.轻载模式：CXSD62671自动切换至不连续工作模式（DCM），减少轻载损耗
七、方案定制扩展
7.1.5V/3A版本：调整分压电阻（R10=3.6KΩ, R13=1.2KΩ）
7.2.使能控制：增加EN引脚电路，实现远程开关机
7.3.散热强化：MOS管添加散热铜箔，持续3A输出不降额
结语
该方案凭借宽电压适应性、93%超高效率及紧凑布局，已成为电动交通工具和工业设备的理想电源解决方案。设计时需重点关注功率器件选型与PCB散热设计，参照本文提供的公式与BOM表（表8.2），可快速完成高性能DC-DC转换器开发。
BOM差异提示：12V与5V版本主要区别在反馈电阻(R10/R13)和输出电容耐压（12V需25V耐压）
