SGM6604同步升壓轉(zhuǎn)換器：小身材大能量的電源解決方案

作為電子工程師，在設(shè)計電源電路時，我們總是在尋找性能優(yōu)異、功能豐富且易于使用的器件。今天，我要給大家介紹一款來自SGMICRO的SGM6604 20V輸出電壓同步升壓轉(zhuǎn)換器，它在很多方面都表現(xiàn)出色，值得我們深入了解。

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一、器件概述

SGM6604是一款高度集成的同步升壓轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部集成了一個20V的主功率開關(guān)和一個輸入/輸出隔離開關(guān)。這個隔離開關(guān)非常實用，當SGM6604處于關(guān)斷模式時，它能實現(xiàn)真正的負載斷開，有效減少漏電流。

它的輸入電壓范圍為1.85V - 5V，啟動后可低至1.6V，這使得它非常適合單節(jié)鋰離子電池或兩節(jié)串聯(lián)堿性電池供電的應用場景。而且，它能夠提供高達20V的輸出電壓，對于PMOLED面板偏置以及需要小尺寸解決方案的高電壓應用來說，是一個絕佳的選擇。

二、主要特性

1. 寬輸入輸出范圍

輸入電壓范圍為1.85V - 5V，啟動后可低至1.6V，輸出電壓最高可達20V，能適應多種電源和負載需求。

2. 集成隔離開關(guān)

實現(xiàn)真正的輸入輸出斷開，在關(guān)斷模式下有效降低漏電流。

3. 高效轉(zhuǎn)換

在3.6V輸入、12V輸出的情況下，效率高達92%，能有效節(jié)省電能。

4. 低關(guān)斷電流

在(V_{IN}=3.6V)時，最大關(guān)斷電流僅為1.5μA，大大降低了待機功耗。

5. 輕載自動節(jié)能模式

在輕載條件下自動進入節(jié)能模式，進一步提高效率。

6. 內(nèi)置軟啟動

6ms的軟啟動時間，有效減少了啟動時的浪涌電流。

7. 多重保護功能

具備輸出短路保護（SCP）、輸出過壓保護（OVP）和熱關(guān)斷保護，確保器件在各種異常情況下的安全性。

8. 寬工作溫度范圍

可在 -40℃ 至 +85℃ 的環(huán)境溫度下正常工作。

9. 環(huán)保封裝

采用綠色SOT - 23 - 6封裝，符合環(huán)保要求。

三、典型應用

SGM6604的應用場景非常廣泛，常見的有：

1. PMOLED電源

為PMOLED面板提供穩(wěn)定的偏置電壓。

2. 可穿戴設(shè)備

滿足可穿戴設(shè)備對小尺寸、低功耗電源的需求。

3. 便攜式醫(yī)療設(shè)備

在便攜式醫(yī)療設(shè)備中提供可靠的電源支持。

4. 傳感器電源

為各種傳感器提供合適的電源電壓。

四、電氣特性

1. 電源相關(guān)特性

• 欠壓鎖定閾值（VIN_UVLO）：典型值為1.85V，當輸入電壓上升超過此值時，器件啟動。
• 欠壓鎖定遲滯（VIN_HYS）：150mV，確保器件在輸入電壓波動時的穩(wěn)定性。
• 靜態(tài)電流（IQ_VIN）：在器件啟用、無負載、無開關(guān)操作時，典型值為45.0μA - 85.0μA。
• 關(guān)斷電流（ISD）：器件禁用時，最大為1.5μA。

  2. 輸出特性

• 12V輸出電壓精度（VOUT_12V）：當FB引腳連接到VIN引腳時，輸出電壓在11.5V - 12.5V之間。
• 反饋電壓（VFB）：PWM模式下，典型值為0.795V。
• 輸出過壓保護閾值（VOVP）：典型值為21.5V，確保輸出電壓不會過高。
• 過壓保護遲滯（VOVP_HYS）：2.5V。

  3. 功率開關(guān)特性

• 隔離MOSFET導通電阻：典型值為615mΩ。
• 低端MOSFET導通電阻：典型值為300mΩ。
• 開關(guān)頻率（fSW）：在VIN = 3.6V、VOUT = 12V、PWM模式下，典型值為1.3MHz。
• 峰值開關(guān)電流限制（ILIM_SW）：典型值為1.12A。

  4. 軟啟動特性

  軟啟動時間（tSS）：典型值為6ms，有效限制啟動時的浪涌電流。

  5. 邏輯接口特性

• EN邏輯高閾值（VEN_H）：1.2V，高于此值時器件啟用。
• EN邏輯低閾值（VEN_L）：0.3V，低于此值時器件禁用。

  6. 保護特性

• 熱關(guān)斷閾值（TSD）：典型值為155℃，當溫度超過此值時，器件自動關(guān)斷。
• 熱關(guān)斷遲滯（TSD_HYS）：25℃。

五、工作模式及原理

1. PWM模式（中重負載）

在中重負載條件下，SGM6604工作在PWM模式，開關(guān)頻率為1.3MHz的準恒定頻率。通過內(nèi)部的峰值電流控制拓撲，能夠?qū)崿F(xiàn)出色的線路和負載瞬態(tài)響應，同時只需較小的輸出電容。

2. 節(jié)能模式（輕負載）

在輕負載條件下，器件自動進入節(jié)能模式（PSM），通過降低峰值電流來提高效率。隨著輸出負載的減小，峰值電流會逐漸降低，直到達到設(shè)定的最小值。

3. 欠壓鎖定（UVLO）

當輸入電壓低于1.43V（典型值）時，欠壓鎖定電路會阻止器件工作，具有150mV的遲滯。當輸入電壓上升超過1.58V（典型值）時，器件重新啟動。

4. 使能和關(guān)斷

通過EN引腳控制器件的開啟和關(guān)閉。邏輯信號高于1.2V時，器件開啟；低于0.3V時，器件關(guān)閉并進入關(guān)斷模式。注意，EN引腳不能懸空。

5. 軟啟動

內(nèi)置的軟啟動功能可以有效限制啟動時的浪涌電流。當輸入電壓低于4.5V時，(V{OUT})以150mA的軟啟動電流限制啟動；當輸入電壓超過4.5V時，軟啟動電流限制進一步降低至100mA。當(V{OUT})上升到編程電壓的80%時，全電流限制（典型值1.12A）立即生效。

6. 峰值電流限制

采用峰值電流模式控制，當峰值電流達到1.12A（典型值）的電流限制閾值時，低端FET關(guān)閉，直到下一個時鐘周期才重新開啟，保護器件免受過載損壞。

7. 短路保護（SCP）

當輸出電壓低于編程電壓的25%時，認為發(fā)生短路，此時開關(guān)頻率降低至200kHz。在啟動期間，當輸出電壓未達到編程電壓的25%時，也會執(zhí)行頻率折返操作，有效減少短路啟動時的熱量產(chǎn)生，提高器件的安全性。

8. 過壓保護（OVP）

當輸出電壓超過21.5V（典型值）時，器件立即停止開關(guān)操作，直到輸出電壓下降到OVP閾值以下2.5V。

9. 熱關(guān)斷

當芯片溫度超過155℃（典型值）時，器件自動停止開關(guān)操作，當溫度下降到130℃（典型值）以下時，恢復正常工作。

六、應用信息

1. 輸出電壓設(shè)置

固定12V輸出

將FB引腳連接到VIN引腳，即可實現(xiàn)固定12V輸出，這種方式無需外部電阻分壓器，可減小PCB尺寸和BOM成本。

可編程輸出

通過外部電阻分壓器可以編程所需的輸出電壓，計算公式為(R{1}=(frac{V{OUT}}{V{FB}} - 1) × R{2})，其中(V{FB})在FB引腳處約為0.795V（典型值）。為了保證精度，流經(jīng)(R{2})的電流應至少是FB引腳漏電流的100倍，建議(R_{2})的值不大于80kΩ。

2. 電感選擇

電感的選擇需要在尺寸、成本、效率、瞬態(tài)響應和環(huán)路穩(wěn)定性等方面進行權(quán)衡。關(guān)鍵參數(shù)包括電感值（L）、額定電流（IRATE）、飽和電流（IsAT）和直流電阻（DCR）。

• 電感直流電流(I{L(DC)})的計算公式為(I{L(DC)}=frac{V{OUT} × I{OUT}}{V{IN} × eta})，其中(eta)在大多數(shù)應用中取85%。所選電感的額定電流（IRATE）應大于計算得到的(I{L(DC)})。如果應用在高溫環(huán)境（例如高于 +75℃），建議所選電感的IRATE比所需的(I_{L(DC)})大25%。
• 電感值L的計算公式為(L=frac{V{IN} × (V{OUT} - V{IN})}{Delta I{L(P - P)} × f{SW} × V{OUT}})，一般來說，在標稱輸出電壓下，峰 - 峰紋波電流(Delta I_{L(P - P)})與IC額定電流的比值約為30%時，能在尺寸和損耗之間取得較好的平衡。SGM6604設(shè)計支持的電感值范圍為4.7μH - 10μH，最佳電感值為10μH。
• 電感的峰值電流(I{L(Peak)})計算公式為(I{L(Peak)} = I{L(DC)} + frac{Delta I{L(P - P)}}{2})，所選電感的飽和電流額定值應高于器件的1.12A（典型值）電流限制。

3. 輸入電容選擇

建議在SGM6604的VCC引腳和GND引腳之間盡可能靠近地放置一個4.7μF的陶瓷電容，以滿足整個開關(guān)周期內(nèi)的連續(xù)電流需求。

4. 輸出電容選擇

輸出電容主要根據(jù)規(guī)格要求的輸出紋波來選擇。輸出紋波由等效串聯(lián)電阻（ESR）和電容的電容值兩部分組成。假設(shè)陶瓷電容的ESR為零（實際中ESR通常很小可忽略），可使用公式(C{OUT}=frac{I{OUT} × D{MAX}}{f{SW} × Delta V_{RIPPLE}})來計算所需的最小電容值。

SGM6604是一個內(nèi)部補償?shù)钠骷?，輸出電容會影響環(huán)路穩(wěn)定性。建議在輸出電壓高于9V時，使用有效電容值在0.47μF - 10μF范圍內(nèi)的陶瓷電容，以優(yōu)化環(huán)路響應。

5. 電源建議

SGM6604的輸入電壓范圍為1.85V - 5V，通常輸入電源應穩(wěn)定且靠近轉(zhuǎn)換器。一般情況下，一個4.7μF的陶瓷旁路電容就足夠了。對于輸入源距離較遠的特殊應用，可能需要額外的47μF以上的電解或鉭電容。輸入電源的輸出電流需要滿足SGM6604的電源電壓、輸出電壓和輸出電流要求。

6. 布局指南

布局對于確保SGM6604的性能至關(guān)重要。不良的布局可能會導致系統(tǒng)不穩(wěn)定、噪聲和EMI問題，甚至損壞器件。因此，應將電感、輸入和輸出電容盡可能靠近IC放置，并使用寬而短的走線來承載電流，以最小化PCB電感。同時，應盡量減小所有連接到SW引腳的走線的長度和面積。對于升壓轉(zhuǎn)換器，輸出電容從VOUT引腳回到器件GND引腳的電流環(huán)路也非常關(guān)鍵，應盡可能小。

七、總結(jié)

SGM6604同步升壓轉(zhuǎn)換器憑借其寬輸入輸出范圍、高效轉(zhuǎn)換、多重保護功能以及豐富的工作模式，為電子工程師在設(shè)計電源電路時提供了一個優(yōu)秀的解決方案。在實際應用中，我們需要根據(jù)具體的需求合理選擇外圍元件，并注意布局和布線，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。大家在使用過程中遇到過哪些問題或者有什么獨特的經(jīng)驗呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。