SGM6623：高效微型升壓轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用解析

在電子工程師的日常工作中，電源管理芯片的選擇和應(yīng)用至關(guān)重要。今天，我們就來(lái)深入探討一下圣邦微電子（SGMICRO）推出的SGM6623，一款專(zhuān)為電池備份和備用電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的高效通用微型升壓DC/DC開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。

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一、產(chǎn)品概述

SGM6623能夠?qū)?.8V至12V的輸入電壓轉(zhuǎn)換為3.3V至13V的穩(wěn)定輸出電壓，效率高達(dá)90%。它可作為1至4節(jié)電池系統(tǒng)的備用充電器，工作在600kHz（典型值）的開(kāi)關(guān)頻率下，允許使用小型低剖面電感器，實(shí)現(xiàn)緊湊設(shè)計(jì)。此外，該芯片還具備逐周期過(guò)流限制、軟啟動(dòng)、熱關(guān)斷和開(kāi)環(huán)過(guò)壓保護(hù)等多種內(nèi)置保護(hù)功能，采用綠色SOT - 23 - 6封裝。

二、產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

寬輸入輸出范圍

• 輸入電壓：支持0.8V至12V的輸入電壓范圍，能適應(yīng)多種電源環(huán)境。
• 輸出電壓：提供3.3V至13V的寬輸出電壓范圍，滿(mǎn)足不同負(fù)載的需求。

高電流能力與低功耗

• 集成開(kāi)關(guān)：具有4.4A電流限制的集成開(kāi)關(guān)，可提供較大的負(fù)載電流。
• 低靜態(tài)電流：靜態(tài)電流低至47μA（典型值），關(guān)斷電流僅為0.4μA（典型值），有助于延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間。

高效與穩(wěn)定

• 高轉(zhuǎn)換效率：最高可達(dá)90%的轉(zhuǎn)換效率，減少能量損耗。
• 固定開(kāi)關(guān)頻率：600kHz（典型值）的固定開(kāi)關(guān)頻率，在輕載時(shí)采用脈沖跳躍模式，提高效率。

豐富保護(hù)功能

• 軟啟動(dòng)功能：內(nèi)置軟啟動(dòng)功能，減少啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流。
• 過(guò)壓保護(hù)：具備開(kāi)環(huán)過(guò)壓保護(hù)，防止輸出電壓過(guò)高損壞設(shè)備。

三、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

SGM6623適用于多種電子設(shè)備，如手機(jī)、便攜式設(shè)備、手持儀器以及1至4節(jié)電池系統(tǒng)等。其高效、緊湊的特點(diǎn)使其成為這些設(shè)備電源管理的理想選擇。

四、典型應(yīng)用電路分析

典型應(yīng)用電路中，輸入電壓范圍為0.8V至12V，輸出為12V/200mA。電路中使用了3.3μH的電感器L、3.3μH的D1、4.7μF的輸入電容CIN和100μF的輸出電容COUT。通過(guò)合理選擇電阻R1（88.7kΩ）和R2（10kΩ），可以配置輸出電壓。

五、引腳配置與功能

六、電氣特性與性能

電壓與電流參數(shù)

• 輸入電壓范圍：可持續(xù)輸入電壓范圍為0.8V至12V，啟動(dòng)時(shí)VS引腳的最小電壓為1.5V。
• 輸出電壓反饋：電壓反饋調(diào)節(jié)電壓為1.205V（典型值），反饋輸入偏置電流較小。

開(kāi)關(guān)頻率與占空比

• 開(kāi)關(guān)頻率：開(kāi)關(guān)頻率范圍為480kHz至720kHz（典型值600kHz）。
• 最大占空比：最大占空比為96%（典型值）。

保護(hù)閾值

• 過(guò)壓保護(hù)閾值：過(guò)壓保護(hù)閾值為13.8V（典型值），具有0.43V的滯后。
• 熱關(guān)斷閾值：熱關(guān)斷閾值為165℃，滯后為15℃。

七、工作原理詳解

基本工作模式

SGM6623采用電流模式PWM控制來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。在每個(gè)時(shí)鐘周期開(kāi)始時(shí)，PWM比較器打開(kāi)低端MOSFET，使電感器電流上升。當(dāng)電感器電流達(dá)到誤差放大器輸出設(shè)定的水平時(shí)，低端MOSFET關(guān)閉，外部肖特基二極管正向偏置，使電感器電流下降，將能量傳遞給負(fù)載并補(bǔ)充輸出電容。

軟啟動(dòng)功能

當(dāng)EN引腳施加邏輯高電平時(shí)，設(shè)備啟動(dòng)并在2.5ms內(nèi)將參考電壓升至1.205V，確保輸出電壓緩慢上升，有效減少啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流。

過(guò)流保護(hù)

當(dāng)峰值電流達(dá)到4.4A（典型值）的電流限制閾值時(shí)，低端MOSFET關(guān)閉，直到下一個(gè)時(shí)鐘周期才再次打開(kāi)。

過(guò)壓保護(hù)

在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，芯片監(jiān)測(cè)SW引腳的電壓。當(dāng)SW電壓超過(guò)OVP閾值時(shí)，開(kāi)關(guān)FET關(guān)閉，直到SW引腳電壓低于13.37V持續(xù)100ms。

脈沖跳躍模式

在輕載條件下，芯片進(jìn)入脈沖跳躍模式，通過(guò)降低平均開(kāi)關(guān)頻率來(lái)減少開(kāi)關(guān)損耗，提高效率。

使能與關(guān)斷

EN引腳用于打開(kāi)或關(guān)閉設(shè)備，邏輯信號(hào)低于0.3V時(shí)關(guān)閉設(shè)備。EN引腳集成了一個(gè)570kΩ（典型值）的內(nèi)部下拉電阻，防止引腳懸空時(shí)設(shè)備誤啟動(dòng)。

熱關(guān)斷

當(dāng)結(jié)溫超過(guò)165℃時(shí)，內(nèi)部熱關(guān)斷保護(hù)會(huì)關(guān)閉設(shè)備，當(dāng)結(jié)溫下降至少15℃（典型值）時(shí)，芯片將恢復(fù)工作。

八、應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

內(nèi)部電路供電

內(nèi)部電路由VS引腳供電，偏置電壓范圍為3V至12V，但不高于輸出電壓 + 1V。當(dāng)VS引腳連接到Vout時(shí)，建議在VS和Vout之間插入一個(gè)50Ω的電阻，以隔離VS免受Vout處潛在的電壓浪涌影響。

輸出電壓編程

通過(guò)連接到FB引腳的電阻分壓器來(lái)配置輸出電壓，可使用公式 (V{OUT }=1.205 timesleft(frac{R{1}}{R{2}}+1right)) 或 (R{1}=R{2} timesleft(frac{V{OUT }}{1.205}-1right)) 進(jìn)行計(jì)算。為減少電阻分壓器的漏電流影響，(R_{2}) 的阻值應(yīng)不小于10kΩ，建議使用精度為1%或更高、熱穩(wěn)定性好且類(lèi)型相同的電阻，并將它們靠近安裝。

最大輸出電流計(jì)算

最大輸出電流取決于輸入電流限制、輸入電壓、輸出電壓和效率。可使用公式 (Delta L=frac{1}{left[L × f{s w} timesleft(frac{1}{V{o u T}+V{F}-V{I N}}+frac{1}{V{I N}}right)right]}) 計(jì)算電感器的峰 - 峰紋波電流，再使用公式 (I{OUT_MAX }=frac{V{IN } timesleft(I{LIM }-frac{Delta I{L}}{2}right) × eta}{V{OUT }}) 計(jì)算最大輸出電流。

開(kāi)關(guān)占空比

內(nèi)部功率開(kāi)關(guān)的最大占空比為96%（典型值），在連續(xù)傳導(dǎo)模式（CCM）下，占空比與輸入/輸出電壓的關(guān)系為 (D=frac{V{OUT }-V{IN }}{V_{OUT }})。在設(shè)計(jì)時(shí)需注意確保不超過(guò)最大占空比限制。

元件選擇

電感器

電感器的選擇至關(guān)重要，需考慮標(biāo)稱(chēng)電感值、直流電阻（DCR）、飽和電流和最大RMS電流等參數(shù)。建議選擇峰 - 峰紋波電流在電感器最大直流電流的30% - 40%范圍內(nèi)的電感器，以平衡電感器的磁芯損耗、轉(zhuǎn)換器的傳導(dǎo)損耗和電感器尺寸。

肖特基二極管

應(yīng)選擇高速、低正向壓降的二極管，以提高效率。二極管的平均電流額定值應(yīng)高于峰值負(fù)載，擊穿電壓應(yīng)高于最大輸出電壓（13V）并有一定余量。

輸入和輸出電容

輸出電容決定了輸出電壓紋波和負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。可使用公式 (C{OUT }=frac{left(V{OUT }-V{IN }right) × I{OUT }}{V{OUT } × f{SW } × V_{RIPPLE }}) 估算所需的電容值，同時(shí)需考慮ESR對(duì)輸出電壓紋波的影響。

九、總結(jié)

SGM6623作為一款高性能的升壓轉(zhuǎn)換器，具有寬輸入輸出范圍、高轉(zhuǎn)換效率、豐富的保護(hù)功能等優(yōu)點(diǎn)，適用于多種便攜式設(shè)備。在設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)，電子工程師需要根據(jù)具體需求合理選擇元件，確保電路的穩(wěn)定性和可靠性。你在使用SGM6623的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。