SGM66099C：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，高效、穩(wěn)定且低功耗的升壓轉(zhuǎn)換器一直是工程師們追求的目標(biāo)。今天，我們就來(lái)深入了解一下SGMICRO推出的SGM66099C同步升壓轉(zhuǎn)換器，看看它在實(shí)際應(yīng)用中能為我們帶來(lái)哪些驚喜。

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一、產(chǎn)品概述

SGM66099C是一款超低靜態(tài)電流的同步升壓轉(zhuǎn)換器，其1.6V至5.2V的工作輸入電壓范圍，使其非常適合與鋰錳電池、鎳氫電池和鋰離子可充電電池搭配使用。令人矚目的是，它僅1.7μA（典型值）的靜態(tài)電流，不僅極大地提高了輕載效率，還顯著延長(zhǎng)了電池的有效工作時(shí)間。此外，高端同步整流器具備輸出斷開(kāi)功能，能在關(guān)機(jī)模式下最大程度減少電池的不必要電流消耗。

該轉(zhuǎn)換器能夠在3.3V至5V的電壓轉(zhuǎn)換中提供300mA的輸出電流，并在200mA負(fù)載下實(shí)現(xiàn)高達(dá)93%的峰值效率。它還具備降壓模式，即使輸入電壓高于輸出電壓，也能對(duì)所需的輸出電壓進(jìn)行精確調(diào)節(jié)。當(dāng)輸入電壓比輸出電壓設(shè)定點(diǎn)高300mV時(shí)，設(shè)備會(huì)自動(dòng)進(jìn)入直通模式。

SGM66099C集成了多種保護(hù)功能，如過(guò)壓保護(hù)和熱關(guān)斷，同步整流器還支持短路保護(hù)，進(jìn)一步增強(qiáng)了設(shè)備的魯棒性。它提供可調(diào)輸出電壓版本，有Green WLCSP - 1.3×0.83 - 6B和TDFN - 2×2 - 6AL兩種封裝可供選擇。

二、產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

（一）寬輸入輸出電壓范圍

• 工作輸入電壓范圍為1.6V至5.2V，輸出電壓可在2.5V至5.4V之間調(diào)節(jié)，能滿足多種不同的應(yīng)用需求。

  （二）超低靜態(tài)電流

• 流入VIN引腳的超低電流僅0.05μA（典型值），流入VOUT引腳的超低電流為1.7μA（典型值），有效降低了功耗，提高了電池續(xù)航能力。

  （三）高效轉(zhuǎn)換

• 在10mA至300mA負(fù)載下，效率最高可達(dá)93%，還具備節(jié)能模式，可在低輸出功率時(shí)進(jìn)一步提高效率。

  （四）多種保護(hù)功能

• 集成了短路保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)和熱關(guān)斷等功能，為設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠保障。

  （五）特殊工作模式

• 具備降壓模式和直通模式，能根據(jù)輸入輸出電壓的關(guān)系自動(dòng)切換，確保輸出電壓的穩(wěn)定。

三、應(yīng)用場(chǎng)景廣泛

SGM66099C的特性使其在多個(gè)領(lǐng)域都有出色的表現(xiàn)，主要應(yīng)用場(chǎng)景包括：

（一）LCD和LED偏置

為L(zhǎng)CD和LED提供穩(wěn)定的偏置電壓，確保顯示效果的一致性和穩(wěn)定性。

（二）便攜式和可穿戴設(shè)備

其超低靜態(tài)電流和高效轉(zhuǎn)換特性，非常適合對(duì)功耗和體積要求較高的便攜式和可穿戴設(shè)備。

（三）低功耗無(wú)線應(yīng)用

在低功耗無(wú)線設(shè)備中，能夠有效延長(zhǎng)電池的使用時(shí)間，提高設(shè)備的續(xù)航能力。

（四）電池供電系統(tǒng)

作為電池供電系統(tǒng)的升壓轉(zhuǎn)換器，可將電池電壓提升至所需的工作電壓，滿足系統(tǒng)的用電需求。

四、電氣特性詳解

（一）電源相關(guān)參數(shù)

• 輸入電壓范圍為1.6V至5.2V，在無(wú)負(fù)載且不進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作時(shí)，流入VIN引腳的靜態(tài)電流低至0.05μA（典型值），流入VOUT引腳的靜態(tài)電流為1.7μA（典型值）。關(guān)機(jī)時(shí)，流入VIN引腳的電流僅0.1μA（典型值）。

  （二）輸出參數(shù)

• 輸出電壓范圍為2.5V至5.4V，反饋參考電壓在不同模式下有所不同，輸出過(guò)壓保護(hù)閾值為5.55V至6.00V（典型值為5.80V），并具備50mV的滯回。

  （三）開(kāi)關(guān)參數(shù)

• 開(kāi)關(guān)頻率在VIN = 3.7V時(shí)，WLCSP封裝為0.85至1.4MHz（典型值1.2MHz），TDFN封裝為0.8至1.4MHz（典型值1.2MHz）。

  （四）功率開(kāi)關(guān)參數(shù)

• 功率開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻在不同封裝和輸出電壓條件下有所差異，例如在VOUT = 4.7V、TJ = +25℃時(shí)，WLCSP封裝的導(dǎo)通電阻為220至330mΩ，TDFN封裝為250至370mΩ。

五、功能與保護(hù)機(jī)制

（一）啟動(dòng)與使能

通過(guò)EN引腳的高低電平來(lái)控制設(shè)備的啟動(dòng)和關(guān)閉。當(dāng)EN引腳為高電平時(shí)，設(shè)備啟動(dòng)；為低電平時(shí)，設(shè)備停止工作，且關(guān)機(jī)電流小于1μA。設(shè)備能夠在1.6V輸入電壓和大于3kΩ負(fù)載的條件下啟動(dòng)，但在啟動(dòng)階段，若負(fù)載過(guò)重，可能導(dǎo)致輸出電壓無(wú)法充電至2.2V以上，從而啟動(dòng)失敗。

（二）過(guò)流和短路保護(hù)

在過(guò)流事件發(fā)生時(shí)，SGM66099C會(huì)進(jìn)行逐周期電流限制。當(dāng)達(dá)到電流限制閾值時(shí)，低端功率MOSFET會(huì)關(guān)閉，防止電感電流進(jìn)一步增加。若輸出電壓因過(guò)流而下降至輸入電壓以下，設(shè)備會(huì)進(jìn)入降壓模式，且峰值電流仍會(huì)受到電流限制閾值的逐周期限制。當(dāng)輸出短路至地時(shí)，設(shè)備會(huì)將電流限制降低至約350mA（典型值），以減少功耗。短路情況消除后，設(shè)備會(huì)重新啟動(dòng)并進(jìn)行軟啟動(dòng)，調(diào)節(jié)至設(shè)定的輸出電壓。

（三）過(guò)壓保護(hù)

當(dāng)輸出電壓上升至過(guò)壓保護(hù)閾值（典型值5.8V）時(shí)，設(shè)備會(huì)停止開(kāi)關(guān)操作。當(dāng)輸出電壓比閾值低50mV時(shí)，設(shè)備會(huì)恢復(fù)開(kāi)關(guān)操作，確保輸出電壓不會(huì)過(guò)高。

（四）節(jié)能模式

在輕載條件下，SGM66099C會(huì)自動(dòng)進(jìn)入節(jié)能模式，以提高效率。

（五）降壓和直通模式

當(dāng)輸入電壓等于或高于輸出電壓減去100mV時(shí)，設(shè)備進(jìn)入降壓模式；當(dāng)輸入電壓高于輸出電壓加0.3V時(shí)，自動(dòng)進(jìn)入直通模式。在直通模式下，高端PMOS始終導(dǎo)通，將輸入電壓傳遞至輸出。當(dāng)輸入電壓下降至目標(biāo)輸出電壓的1%以上時(shí)，設(shè)備退出直通模式返回降壓模式；當(dāng)輸入電壓下降至目標(biāo)輸出電壓以下250mV時(shí)，設(shè)備退出降壓模式，返回正常的升壓開(kāi)關(guān)操作。

（六）熱關(guān)斷

為防止過(guò)熱和功耗過(guò)大對(duì)設(shè)備造成損壞，當(dāng)結(jié)溫超過(guò)150℃（典型值）時(shí)，設(shè)備會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。當(dāng)結(jié)溫下降25℃時(shí)，設(shè)備會(huì)自動(dòng)恢復(fù)工作。

六、應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）設(shè)計(jì)要求示例

以從單節(jié)鋰離子電池為系統(tǒng)提供200mA負(fù)載電流的5V輸出為例，輸入電壓范圍為2.7V至4.2V。

（二）輸出電壓編程

通過(guò)外部電阻分壓器（R1和R2）來(lái)編程輸出電壓，反饋參考電壓VREF典型值為1.0V。為減少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)比FB引腳漏電流大100倍。建議選擇±1%精度的電阻來(lái)提高輸出電壓的準(zhǔn)確性。

（三）最大輸出電流計(jì)算

最大輸出負(fù)載能力取決于最小期望工作輸入電壓和設(shè)備的電流限制?？墒褂霉?(I{OUT(MAX) }=frac{V{IN} cdotleft(I{LIM }-frac{I{L H}}{2}right) cdot eta}{V_{OUT }}) 進(jìn)行計(jì)算，其中η為轉(zhuǎn)換效率，估算時(shí)可取85%。

（四）電感選擇

電感的選擇對(duì)開(kāi)關(guān)模式電源的性能至關(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。該設(shè)備的內(nèi)部補(bǔ)償針對(duì)1.0μH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)，選擇1.0μH的電感。

（五）電容選擇

• 輸入電容：建議使用10μF、低ESR且溫度系數(shù)為X5R或更高的陶瓷電容，盡可能靠近VIN和GND引腳放置，以改善瞬態(tài)響應(yīng)和EMI性能。
• 輸出電容：輸出電容對(duì)系統(tǒng)性能影響顯著，應(yīng)選擇陶瓷電容并盡可能靠近VOUT和GND引腳放置，以減小輸出電容形成的電流回路。由于設(shè)備內(nèi)部補(bǔ)償針對(duì)1.0μH至2.2μH的電感進(jìn)行了優(yōu)化，因此輸出電容的最小值應(yīng)為20μF（標(biāo)稱值）。增加輸出電容可降低PWM模式下的輸出紋波。同時(shí)，需注意陶瓷電容的直流偏置效應(yīng)，驗(yàn)證偏置電壓下的有效電容值。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SGM66099C輸出電容的1/10。

  （六）布局考慮

  合理的布局是確保開(kāi)關(guān)模式電源性能的關(guān)鍵。應(yīng)將電感、輸入和輸出電容盡可能靠近設(shè)備放置，并使用寬而短的走線來(lái)承載電流，以最小化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。

七、封裝與訂購(gòu)信息

SGM66099C提供Green WLCSP - 1.3×0.83 - 6B和TDFN - 2×2 - 6AL兩種封裝，不同封裝在熱阻等參數(shù)上有所差異。在訂購(gòu)時(shí)，需根據(jù)具體的應(yīng)用需求和設(shè)計(jì)要求選擇合適的型號(hào)和封裝。

綜上所述，SGM66099C憑借其超低靜態(tài)電流、高效轉(zhuǎn)換、多種保護(hù)功能以及靈活的工作模式，在電源管理領(lǐng)域展現(xiàn)出了卓越的性能。無(wú)論是在便攜式設(shè)備、可穿戴設(shè)備還是其他電池供電系統(tǒng)中，它都能為工程師們提供一個(gè)可靠、高效的升壓解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，我們只需根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求，合理選擇外部元件并優(yōu)化布局，就能充分發(fā)揮SGM66099C的優(yōu)勢(shì)，為產(chǎn)品的穩(wěn)定運(yùn)行提供有力保障。你在使用類似升壓轉(zhuǎn)換器的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。