SGM6022：6MHz、600mA同步降壓調(diào)節(jié)器的全方位解析

在電子設(shè)備的電源管理領(lǐng)域，高效、穩(wěn)定的降壓調(diào)節(jié)器一直是工程師們追求的目標(biāo)。今天，我們就來深入探討SGMICRO推出的SGM6022 6MHz、600mA同步降壓調(diào)節(jié)器，看看它有哪些獨(dú)特的性能和應(yīng)用優(yōu)勢。

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一、產(chǎn)品概述

SGM6022是一款高效的降壓開關(guān)穩(wěn)壓器，能夠提供高達(dá)600mA的輸出電流和固定輸出電壓。其輸入電壓范圍為2.5V至5.5V，6MHz的固定頻率工作模式允許使用470nH的輸出電感器和4.7μF的輸出電容器，大大減小了外部元件的尺寸。

在輕載和中載條件下，SGM6022通過脈沖頻率調(diào)制（PFM）工作在省電模式，典型靜態(tài)電流僅為22μA，系統(tǒng)效率最高可達(dá)90%。此外，它還具有出色的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)能力，輸出電壓可編程為四種不同電壓，以及兩種不同的開/關(guān)延遲時(shí)間，非常適合設(shè)計(jì)主電源。

該產(chǎn)品還具備內(nèi)部軟啟動(dòng)、輸入欠壓鎖定、熱關(guān)斷和過載保護(hù)等功能，采用綠色TDFN - 2×2 - 6L封裝，工作溫度范圍為 - 40℃至 + 125℃。

二、產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

2.1 寬輸入電壓范圍與高輸出能力

• 輸入電壓范圍為2.5V至5.5V，能適應(yīng)多種電源環(huán)境。
• 具備600mA的輸出電流能力，可滿足大多數(shù)中小功率設(shè)備的需求。

2.2 低功耗與高效能

• 典型靜態(tài)電流僅22μA，在輕載時(shí)能顯著降低功耗。
• 最高90%的系統(tǒng)效率，有效減少能量損耗，提高設(shè)備續(xù)航能力。

2.3 高頻工作與小尺寸元件

• 6MHz的固定頻率工作模式，允許使用較小的電感和電容，減小了電路板空間。

2.4 輸出電壓可編程

• 可從1.02V ~ 3V范圍內(nèi)的4種預(yù)設(shè)電壓中選擇，還支持可編程輸出電壓，增加了設(shè)計(jì)的靈活性。

2.5 多種保護(hù)功能

• 內(nèi)部軟啟動(dòng)可防止輸出電壓過沖和減小浪涌電流。
• 輸入欠壓鎖定、熱關(guān)斷和過載保護(hù)功能，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

三、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

SGM6022適用于多種電子設(shè)備，如數(shù)碼相機(jī)、4G、WiFi、WiMAX和WiBro數(shù)據(jù)卡、平板電腦、上網(wǎng)本和超移動(dòng)PC等。這些設(shè)備通常對電源的效率、尺寸和穩(wěn)定性有較高要求，而SGM6022正好能滿足這些需求。

四、典型應(yīng)用電路

其典型應(yīng)用電路中，輸入電容CIN推薦使用2.2μF，輸出電感使用470nH，輸出電容COUT使用4.7μF。這種電路配置簡單，能有效實(shí)現(xiàn)降壓穩(wěn)壓功能。大家在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)具體需求對元件參數(shù)進(jìn)行微調(diào)。

五、電氣特性詳解

5.1 電源參數(shù)

• 輸入電壓范圍為2.5V至5.5V，確保了在不同電源條件下的穩(wěn)定工作。
• 無負(fù)載、不開關(guān)時(shí)的靜態(tài)電流典型值為22μA，最大值為40μA。
• 關(guān)斷狀態(tài)下的電源電流在VS = GND時(shí)，典型值為0.45μA，最大值為1μA。

5.2 開關(guān)參數(shù)

• 開關(guān)頻率在VIN = 3.6V、TA = + 25℃時(shí)，典型值為6MHz，范圍在5.5MHz至6.5MHz之間。

5.3 輸出電壓與軟啟動(dòng)

• 輸出電壓在不同輸入電壓和溫度條件下有相應(yīng)的取值范圍，軟啟動(dòng)時(shí)間為200μs，可有效防止輸出電壓過沖。

5.4 輸出驅(qū)動(dòng)參數(shù)

• PMOS和NMOS的導(dǎo)通電阻在VIN = VGS = 3.6V、TA = + 25℃時(shí)，分別為350mΩ和250mΩ。
• PMOS的峰值電流限制在TA = + 25℃時(shí)，范圍為1630mA至2130mA。

5.5 保護(hù)參數(shù)

• 輸出放電電阻在VS = GND、TA = + 25℃時(shí)為230Ω。
• 熱關(guān)斷溫度典型值為160℃，熱關(guān)斷滯后為15℃。

六、工作原理剖析

6.1 控制方案

SGM6022采用COT架構(gòu)來調(diào)節(jié)輸出電壓，同時(shí)保持出色的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。內(nèi)部頻率環(huán)路使開關(guān)頻率在整個(gè)輸入電壓范圍和負(fù)載電流下保持恒定的6MHz，并且允許使用低ESR陶瓷電容來維持輸出電壓調(diào)節(jié)。

6.2 軟啟動(dòng)功能

當(dāng)EN引腳高于1.5V上升閾值時(shí)，設(shè)備開始切換，并具有內(nèi)部軟啟動(dòng)時(shí)間。在啟動(dòng)期間，內(nèi)部參考電壓緩慢上升到0.8V參考電壓，防止輸出電壓過沖并減小從輸入汲取的浪涌電流。但需要注意的是，在軟啟動(dòng)期間如果施加重載，設(shè)備可能無法正常啟動(dòng)。

6.3 電流限制、故障關(guān)斷和重啟

當(dāng)輸出短路到地或輸出過流時(shí)，流經(jīng)高端開關(guān)的峰值電感電流會(huì)達(dá)到電流限制。觸發(fā)電流限制后，設(shè)備停止切換，關(guān)閉高端FET以防止電感電流繼續(xù)上升。在過流事件期間，調(diào)節(jié)器會(huì)關(guān)斷約1.3ms，軟啟動(dòng)電路會(huì)嘗試重啟200μs。如果過流事件仍然存在，此模式會(huì)重復(fù)，當(dāng)過流條件消除后，設(shè)備會(huì)自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行。

6.4 VS引腳的有效脈沖

寬度小于tPULSE的脈沖被視為有效脈沖。如果相鄰脈沖之間的延遲在tSTOP內(nèi)，則會(huì)對連續(xù)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。

6.5 VS引腳接口功能

要使IC從關(guān)斷模式啟用，需要滿足兩個(gè)條件：一是VIN電壓高于UVLO閾值；二是VS引腳浮空或VS引腳保持邏輯高電平至少tBLANK + tSS時(shí)間。之后，VS引腳的脈沖可用于關(guān)閉IC或編程輸出電壓。不同的脈沖模式會(huì)產(chǎn)生不同的效果，具體如下：

• 1個(gè)脈沖后VS引腳低電平持續(xù)時(shí)間超過tOFF，將關(guān)閉調(diào)節(jié)器。
• 2 - 5個(gè)脈沖后VS引腳高電平持續(xù)時(shí)間超過tOFF，將分別將輸出電壓設(shè)置為默認(rèn)值V1、V2和V3。
• 2個(gè)或更多脈沖后VS引腳低電平持續(xù)時(shí)間超過tOFF，將輸出電壓設(shè)置為默認(rèn)值。

6.6 欠壓鎖定（UVLO）

當(dāng)輸入電壓下降到UVLO閾值以下時(shí)，SGM6022會(huì)停止設(shè)備運(yùn)行，直到輸入電壓升高超過額外的150mV（典型值）滯后才會(huì)重新啟動(dòng)。

6.7 熱關(guān)斷（TSD）

為防止過熱和功率耗散造成的損壞，該產(chǎn)品具備熱關(guān)斷功能。當(dāng)溫度超過典型值 + 160℃時(shí)，設(shè)備會(huì)關(guān)斷，當(dāng)結(jié)溫降低 + 15℃時(shí)，設(shè)備會(huì)自動(dòng)從關(guān)斷狀態(tài)釋放。

七、應(yīng)用信息指導(dǎo)

7.1 電感選擇

選擇的電感應(yīng)具有足夠的飽和電流額定值以滿足最大負(fù)載電流。電感值會(huì)影響峰值電流、PWM到PFM的轉(zhuǎn)換點(diǎn)和效率?？梢允褂靡韵鹿接?jì)算電感紋波電流： (Delta I approx frac{V{OUT }}{V{IN }} cdotleft(frac{V{IN }-V{OUT }}{L cdot f{S N}}right)) 最大負(fù)載電流IMAX(LOAD)的計(jì)算公式為： (I{MAX(LOAD)}=I{LIM(PK)}-left(frac{Delta I}{2}right)) 當(dāng)電感的谷值電流過零時(shí)，設(shè)備從PFM轉(zhuǎn)換到PWM操作，此時(shí)的直流電流計(jì)算公式為： (I{DCM}=frac{Delta I}{2}) 對于SGM6022，推薦使用470nH的電感；對于占空比高于60%的應(yīng)用，推薦使用1μH的電感。此外，SGM6022的推薦最大工作占空比為75%，所選電感在ILIM(PK)時(shí)的電感值應(yīng)至少為其額定值的80%。

電感的DCR和電感值會(huì)影響轉(zhuǎn)換效率。較低電感值的電感通常具有較低的DCR，可提高效率，但會(huì)增加紋波電流，從而增加電感的核心損耗，降低效率。電感RMS電流的計(jì)算公式為： (I{RMS }=sqrt{I{OUT(DC) }^{2}+frac{Delta I^{2}}{12}}) 較高的電感值會(huì)導(dǎo)致較低的RMS電流，但會(huì)降低瞬態(tài)響應(yīng)。對于同一系列的電感，較高電感值的部件通常具有較高的DCR和較低的飽和電流。

7.2 輸出電容

推薦為SGM6022使用4.7μF 0402陶瓷輸出電容。更大尺寸的電容（如0603）在相同的直流降額下具有更高的有效電容，可改善瞬態(tài)響應(yīng)和輸出紋波。輸出電壓紋波的計(jì)算公式為： (Delta V{OUT }=Delta I{L}left[frac{f{SW} cdot C{OUT } cdot ESR^{2}}{2 cdot D cdot(1-D)}+frac{1}{8 cdot f{SW} cdot C{OUT }}right])

7.3 輸入電容

推薦使用2.2μF陶瓷輸入電容，并盡可能靠近VIN引腳和GND放置，以最小化寄生電感。對于SGM6022遠(yuǎn)離輸入源的應(yīng)用，推薦使用47μF或更高電容值的電容來抑制線束電感。

7.4 PCB布局指南

除了元件選擇，布局對于確保任何開關(guān)模式電源的性能至關(guān)重要。不良的布局可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定、EMI故障和設(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承載電流，以最小化PCB電感。對于降壓轉(zhuǎn)換器，輸入電容從VIN引腳回到設(shè)備GND引腳的電流環(huán)路應(yīng)盡可能小。

八、封裝與訂購信息

SGM6022提供TDFN - 2×2 - 6L封裝，有四種不同的型號(hào)可供選擇，分別為SGM6022 - 1、SGM6022 - 2、SGM6022 - 3和SGM6022 - 4，每種型號(hào)對應(yīng)不同的輸出電壓。這些型號(hào)的工作溫度范圍均為 - 40℃至 + 125℃，采用卷帶包裝，每卷3000個(gè)。

九、總結(jié)

SGM6022是一款性能出色、功能豐富的同步降壓調(diào)節(jié)器，具有寬輸入電壓范圍、高輸出能力、低功耗、高頻工作、輸出電壓可編程和多種保護(hù)功能等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們可以根據(jù)具體需求合理選擇電感、電容等元件，并注意PCB布局，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。大家在使用過程中遇到任何問題，歡迎在評論區(qū)交流討論。