SGM66099B：超低靜態(tài)電流同步升壓轉(zhuǎn)換器的卓越之選

在電子設(shè)備的電源管理領(lǐng)域，一款性能優(yōu)異的升壓轉(zhuǎn)換器對(duì)于提升系統(tǒng)效率、延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間起著至關(guān)重要的作用。今天，我們就來(lái)深入探討SGMICRO推出的SGM66099B超低靜態(tài)電流同步升壓轉(zhuǎn)換器，看看它究竟有哪些獨(dú)特之處。

文件下載：SGM66099B.pdf

一、產(chǎn)品概述

SGM66099B專為鋰離子電池供電系統(tǒng)而設(shè)計(jì)，在緊湊的解決方案尺寸和電池續(xù)航時(shí)間方面表現(xiàn)出色。它的輸入電壓范圍寬廣，從1.15V到5.2V，適用于鋰錳電池、鎳氫電池和鋰離子可充電電池等多種電源。其典型靜態(tài)電流僅為1.7μA，輕載時(shí)的節(jié)能模式進(jìn)一步提高了系統(tǒng)效率。該轉(zhuǎn)換器采用峰值電流模式控制，峰值開(kāi)關(guān)電流限制為1.3A（典型值），并且在禁用時(shí)能夠?qū)⑤敵雠c輸入斷開(kāi)，避免不必要的電流消耗。此外，它還集成了降壓模式和直通模式，確保在輸入電壓接近或高于設(shè)定輸出電壓時(shí)能夠平穩(wěn)運(yùn)行。SGM66099B有可調(diào)輸出電壓和固定輸出電壓兩種版本可供選擇。

二、產(chǎn)品特性

（一）電壓與電流特性

• 寬輸入電壓范圍：1.15V至5.2V的輸入電壓范圍，適應(yīng)多種電池類型，為不同的應(yīng)用場(chǎng)景提供了靈活的電源選擇。
• 超低靜態(tài)電流：進(jìn)入VIN引腳的典型靜態(tài)電流僅為0.05μA，進(jìn)入VOUT引腳的典型靜態(tài)電流為1.7μA（SGM66099B - ADJ）或12μA（SGM66099B - 5.0），有效提高了輕載效率，延長(zhǎng)了電池的使用時(shí)間。
• 低關(guān)斷電流：關(guān)斷時(shí)進(jìn)入VIN引腳的電流小于1μA，減少了待機(jī)時(shí)的功耗。

（二）工作模式與頻率

• 1.2MHz固定頻率工作：穩(wěn)定的開(kāi)關(guān)頻率有助于減少電磁干擾，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
• 節(jié)能模式：在低輸出功率時(shí)自動(dòng)進(jìn)入節(jié)能模式，進(jìn)一步提高效率。
• 降壓模式和直通模式：當(dāng)輸入電壓高于輸出電壓時(shí)，可實(shí)現(xiàn)降壓調(diào)節(jié)；當(dāng)輸入電壓比設(shè)定輸出電壓高300mV時(shí)，自動(dòng)進(jìn)入直通模式，確保電源的平穩(wěn)過(guò)渡。

（三）輸出特性

• 可調(diào)輸出電壓范圍：輸出電壓可在2.5V至5.2V之間調(diào)節(jié)，也有5.0V固定輸出電壓版本可供選擇，滿足不同應(yīng)用的需求。
• 高效轉(zhuǎn)換：在10mA至300mA負(fù)載下，效率高達(dá)93%，有效減少了能量損耗。

（四）保護(hù)特性

• 過(guò)流保護(hù)：在過(guò)流事件中，通過(guò)逐周期電流限制，防止電感電流進(jìn)一步增加，確保系統(tǒng)安全。
• 過(guò)壓保護(hù)：當(dāng)輸出電壓達(dá)到5.7V（典型值）時(shí)，停止開(kāi)關(guān)操作，并具有100mV的過(guò)壓遲滯，防止誤觸發(fā)。
• 熱關(guān)斷保護(hù)：當(dāng)結(jié)溫超過(guò)150℃（典型值）時(shí)，自動(dòng)關(guān)斷，溫度下降25℃后恢復(fù)工作，保護(hù)芯片不受過(guò)熱損壞。
• 短路保護(hù)：輸出短路到地時(shí)，將電流限制降低到約200mA，減少芯片內(nèi)部的功耗。

（五）封裝與溫度范圍

• 封裝形式：提供綠色WLCSP - 1.22×0.83 - 6B和TDFN - 2×2 - 6AL兩種封裝，滿足不同的布局和安裝需求。
• 工作溫度范圍：-40℃至+85℃，適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

SGM66099B的優(yōu)異性能使其在多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，包括但不限于：

• LCD偏置：為液晶顯示屏提供穩(wěn)定的偏置電壓，確保顯示效果。
• 光學(xué)心率監(jiān)測(cè)器LED偏置：為心率監(jiān)測(cè)器的LED提供精確的偏置電壓，提高測(cè)量精度。
• 便攜式和可穿戴設(shè)備：低功耗和小封裝尺寸使其成為便攜式和可穿戴設(shè)備的理想選擇，延長(zhǎng)設(shè)備的續(xù)航時(shí)間。
• 低功耗無(wú)線應(yīng)用：在無(wú)線設(shè)備中，有效降低功耗，提高電池使用效率。
• 電池供電系統(tǒng)：適用于各種電池供電的系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的整體性能。

四、詳細(xì)工作原理與特性分析

（一）啟動(dòng)與使能

EN引腳邏輯高電平使能SGM66099B，邏輯低電平禁用。禁用時(shí)，輸出電壓與輸入電壓完全斷開(kāi)，關(guān)斷電流小于1μA。該轉(zhuǎn)換器能夠從1.15V輸入電壓?jiǎn)?dòng)，但負(fù)載需大于3kΩ。在啟動(dòng)階段，輸出電壓達(dá)到2.2V之前，開(kāi)關(guān)電流限制在約200mA。如果啟動(dòng)時(shí)負(fù)載過(guò)重，可能導(dǎo)致啟動(dòng)失敗。

（二）過(guò)流與短路保護(hù)

在過(guò)流事件中，SGM66099B通過(guò)逐周期電流限制，當(dāng)電流達(dá)到限制閾值時(shí)，關(guān)閉低端功率MOSFET，防止電感電流進(jìn)一步增加。如果輸出電壓因過(guò)流下降到輸入電壓以下，進(jìn)入降壓模式，峰值電流仍受限制。如果輸出電壓繼續(xù)下降到2.2V以下，將重新進(jìn)入啟動(dòng)過(guò)程。在輸出短路到地的情況下，電流限制降低到約200mA，以減少芯片內(nèi)部的功耗。當(dāng)短路條件解除后，設(shè)備恢復(fù)正常工作并進(jìn)行軟啟動(dòng)。

（三）過(guò)壓保護(hù)

SGM66099B集成了過(guò)壓保護(hù)功能，當(dāng)輸出電壓達(dá)到5.7V（典型值）時(shí)，停止開(kāi)關(guān)操作，具有100mV的過(guò)壓遲滯。當(dāng)輸出電壓低于過(guò)壓閾值100mV時(shí)，恢復(fù)開(kāi)關(guān)操作，確保系統(tǒng)在過(guò)壓情況下的安全。

（四）輕載節(jié)能模式

在輕載條件下，SGM66099B自動(dòng)進(jìn)入節(jié)能模式，進(jìn)一步提高效率，減少功耗。

（五）降壓模式和直通模式

當(dāng)輸入電壓高于輸出電壓時(shí)，SGM66099B進(jìn)入降壓模式，仍能調(diào)節(jié)設(shè)定的輸出電壓。如果輸入電壓繼續(xù)升高，自動(dòng)進(jìn)入直通模式。在直通模式下，高端PMOS始終導(dǎo)通，輸出電壓等于輸入電壓減去電感的直流電阻和整流PMOS的導(dǎo)通電阻上的壓降。需要注意的是，在直通模式下，輸入電壓不應(yīng)超過(guò)推薦的最大輸入電壓。

五、應(yīng)用設(shè)計(jì)指南

（一）設(shè)計(jì)要求示例

（二）輸出電壓編程

通過(guò)外部電阻分壓器R1和R2可以設(shè)置輸出電壓，F(xiàn)B引腳的典型電壓為1.0V。計(jì)算公式為： [V{OUT }=V{REF } × frac{R{1}+R{2}}{R_{2}}] 為了減少FB引腳漏電流對(duì)輸出電壓精度的影響，流經(jīng)R2的電流應(yīng)大于FB引腳漏電流的100倍。較小的R2可以提高抗噪聲能力，較大的R2可以減少反饋電阻中的漏電流，提高無(wú)負(fù)載效率。建議選擇±1%精度的電阻R1和R2，以提高輸出電壓的精度。此外，建議在R1上并聯(lián)一個(gè)10pF至22pF的外部前饋電容CFWD，以提高設(shè)備的穩(wěn)定性。對(duì)于固定輸出電壓版本，將FB引腳連接到GND，避免懸空。

（三）最大輸出電流估算

SGM66099B的最大輸出負(fù)載能力取決于最小期望輸入電壓和設(shè)備的電流限制。最大負(fù)載電流可以通過(guò)以下公式估算： [I{OUT(MAX) }=frac{V{IN} cdotleft(I{LIM }-frac{I{L H}}{2}right) cdot eta}{V_{OUT }}] 其中，η為轉(zhuǎn)換效率，估算時(shí)取85%；ILH為電感的峰 - 峰紋波電流；ILIM為開(kāi)關(guān)電流限制。在最壞情況下的分析中，應(yīng)使用最小輸入電壓、最大升壓輸出電壓和最小電流限制。

（四）電感選擇

電感的選擇對(duì)開(kāi)關(guān)電源的性能至關(guān)重要，它會(huì)影響電源的瞬態(tài)響應(yīng)、環(huán)路穩(wěn)定性、效率和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。電感的直流電阻（DCR）、電感值和飽和電流是確保電源平穩(wěn)高效運(yùn)行的關(guān)鍵參數(shù)。該設(shè)備的內(nèi)部補(bǔ)償針對(duì)1μH和2.2μH的電感進(jìn)行了優(yōu)化。當(dāng)VOUT高于3V時(shí)，應(yīng)選擇2.2μH的電感；當(dāng)VOUT低于3V時(shí)，應(yīng)選擇1.1μH的電感。

（五）電容選擇

• 輸入電容：升壓轉(zhuǎn)換器的輸入電容不僅可以減少輸入電壓紋波，還可以降低IC的VIN引腳上的電壓尖峰。建議選擇10μF、低ESR、X5R或更高溫度系數(shù)的陶瓷電容，并盡可能靠近VIN和GND引腳放置，以提高瞬態(tài)響應(yīng)和電磁干擾性能。
• 輸出電容：輸出電容對(duì)于確保系統(tǒng)性能至關(guān)重要。輸出電容的位置會(huì)影響SW引腳上的開(kāi)關(guān)尖峰，進(jìn)而影響電磁干擾性能，并可能因大的開(kāi)關(guān)尖峰損壞IC。因此，輸出電容應(yīng)盡可能靠近IC的VOUT和GND引腳放置，以減小電流回路。由于升壓拓?fù)浯嬖谟野肫矫媪泓c(diǎn)，且輸出電容決定了電流模式控制方法的轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)折頻率，因此對(duì)于較大的電感，必須使用較大的輸出電容。該設(shè)備的內(nèi)部補(bǔ)償針對(duì)1μH至2.2μH的電感值進(jìn)行了優(yōu)化，最小輸出電容值為20μF（標(biāo)稱值）。增加輸出電容可以減少PWM模式下的輸出紋波。由于陶瓷電容存在直流偏置效應(yīng)，應(yīng)驗(yàn)證偏置電壓下的有效電容值。在VOUT軌上使用GRM188R60J106ME84D（10μF陶瓷電容），它在直流偏置條件下具有較高的有效電容值。在負(fù)載熱插拔的情況下，負(fù)載設(shè)備的輸入電容應(yīng)小于SGM66099B輸出電容的1/10。

（六）布局設(shè)計(jì)

布局設(shè)計(jì)對(duì)于開(kāi)關(guān)電源的性能至關(guān)重要。不良的布局可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定、電磁干擾失敗和設(shè)備損壞。因此，應(yīng)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(lái)承載電流，以減小PCB電感。對(duì)于升壓轉(zhuǎn)換器，輸出電容從VOUT引腳回到設(shè)備GND引腳的電流回路應(yīng)盡可能小。

六、總結(jié)

SGM66099B作為一款超低靜態(tài)電流同步升壓轉(zhuǎn)換器，憑借其寬輸入電壓范圍、超低靜態(tài)電流、高效轉(zhuǎn)換、多種保護(hù)功能以及靈活的輸出電壓選擇，在便攜式和可穿戴設(shè)備、低功耗無(wú)線應(yīng)用等領(lǐng)域具有顯著的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)合理的外部元件選擇和布局設(shè)計(jì)，可以充分發(fā)揮其性能，為電子設(shè)備提供穩(wěn)定、高效的電源解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們需要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求，仔細(xì)選擇和調(diào)整外部元件，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。你在使用類似的升壓轉(zhuǎn)換器時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。