CXSD61191 3.7A异步降压转换器
7V-36V输入 | 固定5V输出 | CC/CV控制 | 可编程限流 | 效率高达95%

产品版本：Rev 1.0 | 更新日期：2026年8月 | 型号：CXSD61191 | 封装：SOP-8（Exposed Pad）

嘉泰姆电子（JTM-IC）推出的 CXSD61191 是一款高集成度、高效率的异步降压 DC-DC 转换器，专为汽车点烟器适配器、USB 电源、线性充电器前级以及需要电流限制的 DC-DC 转换器等应用设计。芯片支持 7V 至 36V 宽输入电压，固定输出 5V，可提供高达 3.7A 的峰值输出电流。采用 电流模式控制，内置 60mΩ N-MOSFET，固定 100kHz 开关频率，效率最高可达 95%。CXSD61191 提供 CC/CV 恒流恒压控制、可编程输出电流限制、可调负载线补偿 以及 低 EMI 特性，是车载充电和 USB 供电应用的理想选择。芯片采用 SOP-8（Exposed Pad） 封装，内置 3.5ms 软启动，提供全面的过流、过压、欠压和过热保护。

1. 产品概述与市场定位

在汽车电子、工业控制和消费电子领域，宽输入电压范围的高电流 DC-DC 转换器需求日益增长，特别是用于车载充电器、USB 供电以及需要电流限制的电源管理应用。CXSD61191 作为一款 异步降压转换器，其核心优势在于 宽输入电压范围（7V-36V）、高达 3.7A 的峰值输出能力、CC/CV 恒流恒压控制 和 可编程输出电流限制，使其成为 5V 车载充电器和 USB 供电应用的理想选择。

芯片的 输入电压范围 7V 至 36V 覆盖了从 12V 汽车电池到 24V 工业总线的广泛应用场景，固定 5V 输出 满足 USB 充电和通用 5V 供电需求。内置的 60mΩ N-MOSFET 在 3.7A 峰值条件下保持了优异的效率表现。CXSD61191 采用 SOP-8（Exposed Pad） 封装，内置 3.5ms 软启动，提供 可编程输出电流限制（外部 RSENSE）、可调负载线补偿、低 EMI 特性 以及全面的保护功能（逐周期限流、UVLO、OVP、UVP、OTP），是高性能、高可靠性车载充电和 USB 供电解决方案的理想选择。

2. 主要特点与技术亮点

• 宽输入电压范围（7V-36V）：覆盖 12V/24V 汽车电池和工业总线，适应车载充电和工业电源应用。
• CC/CV 恒流恒压控制：提供恒流和恒压两种工作模式，适合电池充电和电流受限应用，确保输出安全。
• 可编程输出电流限制：通过外部检测电阻（RSENSE）设定平均电流限制阈值（100mV / RSENSE），灵活适配不同负载需求。
• 可调负载线补偿：通过反馈电阻 R1 和 RSENSE 可编程补偿输出线路压降，确保负载端电压恒定。
• 低 EMI 设计：固定 100kHz 开关频率，配合低 EMI 架构，简化电磁兼容设计。
• 高精度反馈电压（±1%）：0.8V 内部参考电压，确保输出电压精度。
• 内置 60mΩ N-MOSFET：降低导通损耗，提高效率（最高 95%）。
• 逐周期限流保护：内部峰值限流 5.8A，结合外部可编程平均限流，提供双重过流保护。
• 输出过压保护（OVP）：当 VOUT > 5.8V 时关断开关，< 5.5V 时自动恢复，防止过压损坏负载。
• 输出欠压保护与短路保护：在 VFB < 0.3V 时进入打嗝模式（开启 5ms，关断 200ms），降低功耗。
• 输入欠压锁定（UVLO）：输入电压低于 6.1V 时关断芯片，防止欠压误操作。
• 热关断保护（OTP）：结温超过 150°C 时关断，降温 30°C 后自动恢复。
• 低关断电流（< 3μA）：关断模式下功耗极低，适合电池供电系统。
• 内置 3.5ms 软启动：抑制启动浪涌电流，确保平滑上电。

3. 典型应用电路与引脚封装

CXSD61191 的典型应用电路包括：输入电容（2×10μF 陶瓷电容），输出电容（根据纹波要求选择 22μF 至 100μF 陶瓷或电解电容），功率电感（33μH 至 47μH 根据电流选择），反馈电阻分压网络（R1/R2 设定输出电压，固定 5V 时 R1=52.5kΩ，R2=10kΩ），外部电流检测电阻（RSENSE 设定限流阈值），输出端外接续流二极管（如 SS34），BOOT 引脚外接 0.1μF 自举电容。

图1. 典型应用电路（CXSD61191 异步降压转换器）

图2. 引脚封装图（SOP-8 Exposed Pad）

SOP-8 (Exposed Pad) 引脚功能：1-VIN，2-BOOT，3-EN，4-FB，5-CSN，6-CSP，7-GND，8-SW，底部散热焊盘（GND）。

4. 极限参数与电气特性（设计参考）

5. 工作原理与设计指导

5.1 电流模式控制与 CC/CV 操作

CXSD61191 采用 电流模式控制 架构，通过误差放大器比较 FB 电压与内部 0.8V 参考电压，调整电流比较器阈值。在正常工作时，振荡器置位 S-R 锁存器导通高侧 N-MOSFET，当电感电流达到电流比较器阈值时复位锁存器关断 MOSFET，电感电流通过外部续流二极管继续导通。

芯片提供 CC/CV 恒流恒压控制：

• CV 模式（恒压）：当负载电流低于限流阈值时，芯片工作于恒压模式，输出电压稳定在 5V。
• CC 模式（恒流）：当负载电流达到外部 RSENSE 设定的限流阈值时，芯片进入恒流模式，输出电流被限制在设定值，输出电压随负载阻抗下降而下降，适合电池充电应用。

5.2 可编程输出电流限制

输出电流限制通过外部检测电阻 RSENSE 设定。芯片通过 CSP 和 CSN 引脚检测 RSENSE 两端的压降，当压降达到 100mV（典型值）时触发限流。平均电流限制计算公式为：

例如，要设定 3A 限流，RSENSE = 100mV / 3A ≈ 33.3mΩ。建议使用 1% 精度、低电感、高功率的检测电阻。

5.3 可调负载线补偿

在长导线应用中，输出线路上的压降会随负载电流变化。CXSD61191 提供 可调负载线补偿 功能，通过反馈电阻 R1 和检测电阻 RSENSE 编程补偿增益。补偿电流从 FB 引脚流入 R1，产生额外的压降来补偿线路损耗。R1 的选择公式为：

其中 R_trace 为输出线路电阻。通过合理选择 R1，可确保负载端电压在不同电流下保持恒定。

5.4 软启动与预偏置启动

芯片内置 3.5ms 软启动 功能，用于抑制启动浪涌电流。在启动过程中，内部参考电压缓慢上升，输出电压平滑建立。芯片支持 预偏置输出启动：即使在启动前输出端已存在一定电压，芯片也能平滑接管，不会产生反向电流或电压跌落。

5.5 逐周期限流与内部峰值限流

CXSD61191 提供两级过流保护：

• 外部可编程平均限流：通过 RSENSE 设定，控制平均输出电流。
• 内部峰值限流（5.8A）：当外部 RSENSE 过小或电感电流峰值超过 5.8A 时，内部限流电路立即关断 MOSFET，下个时钟周期恢复。这防止了电感饱和或短路时的过大电流。

5.6 输出过压保护（OVP）

芯片通过 CSN 引脚监测输出电压。当 V_CSN > 5.8V 时，高侧 MOSFET 立即关断；当 V_CSN < 5.5V 时自动恢复正常工作，防止过压损坏负载。

5.7 输出欠压保护与短路保护

当 VFB < 0.3V（输出严重短路）时，芯片进入 短路保护模式：开关周期性地开启和关断（开启约 5ms，关断约 200ms），降低平均功耗，防止过热。短路解除后自动恢复正常工作。

5.8 输入欠压锁定（UVLO）与使能（EN）

芯片内部 UVLO 功能监测输入电压，当 VIN < 6.1V 时芯片关断，防止欠压误操作。EN 引脚控制芯片的使能和关断：拉高（>2.5V）使能芯片，拉低（<0.4V）进入关断模式（<3μA）。EN 引脚可通过 100kΩ 电阻上拉至 VIN 实现自动启动。

5.9 热关断保护（OTP）

结温超过 150°C 时，芯片关断开关；降温约 30°C 后自动恢复，确保器件在极端热条件下的安全。

5.10 电感与电容选择

电感选择：推荐电感值 33μH 至 47μH。电感值的选择影响纹波电流和系统效率。纹波电流计算公式：

建议纹波电流为输出电流的 30%-50%。电感饱和电流应大于峰值限流（5.8A）。

输入电容：建议使用 2×10μF 低 ESR 陶瓷电容（X5R/X7R），耐压 50V。

输出电容：建议使用 22μF 至 100μF 低 ESR 电容（陶瓷或电解）。输出纹波计算公式：

6. 基于 CXSD61191 的车载 USB 充电器设计实例

设计目标：一款高性能车载 USB 充电器，输入为 12V 汽车电池（电压范围 9V~16V），输出 5V/3A，支持 CC/CV 控制，限流 3A，要求高效率、低 EMI、小体积。

• 系统配置：选用 CXSD61191，输入电压范围 9V~16V，输出 5V/3A，开关频率 100kHz。功率电感选用 33μH/5A（饱和电流 >7A），输入电容 2×10μF/50V X7R 陶瓷电容，输出电容 2×22μF/10V X7R 陶瓷电容（总容量 44μF）。续流二极管选用 SS34（3A/40V 肖特基）。反馈电阻：R2=10kΩ，R1=52.5kΩ（VOUT=0.8×(1+52.5/10)=5.0V）。限流电阻 RSENSE=33mΩ（限流 3A）。BOOT 引脚外接 0.1μF 自举电容。EN 引脚通过 100kΩ 电阻上拉至 VIN 实现自动启动。
• 负载线补偿：设输出线路电阻 Rtrace=0.05Ω，RSENSE=33mΩ，R1 = 0.05Ω / (20μ × 0.033Ω) ≈ 75.8kΩ。实际选用 75kΩ，可实现输出线路压降补偿。
• 效率表现：在 12V 输入、5V/3A 输出条件下，典型效率可达 91% 以上（得益于 60mΩ MOSFET 和低导通损耗），满载功耗约 1.5W，温升控制在 45°C 以内（θ_JA=49°C/W，T_A=25°C 时最大功耗 2.041W）。
• CC/CV 工作：当输出电流 < 3A 时，芯片工作于 CV 模式，输出电压稳定在 5V；当输出电流达到 3A 时，芯片进入 CC 模式，输出电流被限制在 3A，输出电压随负载加重而下降，适合电池充电应用。
• 保护机制：输出短路时，内部峰值限流（5.8A）和外部平均限流（3A）协同工作，同时 UVP 打嗝模式降低功耗，短路解除后自动恢复。

7. PCB 布局建议

• 功率回路最小化：将输入电容、高侧 MOSFET（内部）、续流二极管和电感构成的功率回路尽可能紧凑，减小寄生电感。VIN 引脚和 GND 引脚之间的高频旁路电容应紧靠芯片放置。
• 输入电容布局：2×10μF 陶瓷输入电容应靠近 VIN 和 GND 引脚放置，以提供低阻抗的交流电流路径。电容的 GND 端应直接连接到芯片的 GND 焊盘区域。
• SW 节点处理：SW 节点为高频电压跳变节点，应保持尽可能小的铜箔面积，以降低 EMI 辐射。同时，SW 节点应远离敏感的模拟信号（如 FB、CSP、CSN）。
• 检测电阻布局（RSENSE）：RSENSE 应靠近芯片的 CSP 和 CSN 引脚放置，采用 Kelvin 连接方式从电阻两端直接引出差分走线，避免大电流路径干扰。
• 反馈网络布局：反馈电阻分压器（R1/R2）应紧靠 FB 引脚放置，且走线应远离 SW 节点和电感。反馈信号应从输出电容之后取点，以确保采样到真实的输出电压。
• 自举电容布局：BOOT 引脚与 SW 引脚之间的自举电容（0.1μF）应尽可能靠近芯片放置，走线短而宽。
• 续流二极管布局：续流二极管应靠近 SW 引脚和输出电容放置，走线宽而短，以降低寄生电感。
• 地线分割：建议将模拟地和功率地分开布线，在芯片的裸露焊盘（Exposed Pad）处单点连接。所有小信号参考地应连接到模拟地，以减少功率回路的噪声耦合。
• 散热设计：芯片的裸露焊盘（Exposed Pad）必须牢固焊接至 PCB 的大面积地平面，并通过多个导热过孔连接至内层和底层地平面，以优化热耗散。根据热设计公式 P_D(MAX) = (T_J(MAX) - T_A) / θ_JA，在 T_A=25°C 时最大功耗约 2.041W（θ_JA=49°C/W）。

8. 订购信息与技术支持

CXSD61191 采用 SOP-8（Exposed Pad） 封装，无铅、RoHS 合规。芯片固定输出 5V，支持 CC/CV 控制、可编程输出电流限制和可调负载线补偿，峰值输出电流高达 3.7A。嘉泰姆电子提供工程样品、量产芯片及全面的技术支持，包括评估板、参考设计和 FAE 现场支持。