SGM66099同步升壓轉(zhuǎn)換器：超低靜態(tài)電流的高效之選

在電子設(shè)備設(shè)計中，電源管理芯片的性能直接影響著整個系統(tǒng)的效率、穩(wěn)定性和電池續(xù)航能力。今天要給大家介紹的SGM66099同步升壓轉(zhuǎn)換器，憑借其超低靜態(tài)電流、高效轉(zhuǎn)換以及豐富的功能特性，成為了眾多應(yīng)用場景中的理想選擇。

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一、SGM66099概述

SGM66099是一款超低靜態(tài)電流的同步升壓轉(zhuǎn)換器，其工作輸入電壓范圍為0.9V至5.2V，適用于鋰錳電池、鎳氫電池和鋰離子可充電電池。該芯片的典型靜態(tài)電流僅為0.6μA，能有效提高輕載效率，延長電池的有效工作時間。此外，高端同步整流器具備輸出斷開功能，可在關(guān)機模式下最大程度減少電池的不必要電流消耗。

它能夠?qū)崿F(xiàn)3.3V至5V的電壓轉(zhuǎn)換，并提供300mA的輸出電流，在200mA負載下效率高達93%。同時，該芯片還具備降壓模式和直通模式，即使輸入電壓高于輸出電壓，也能調(diào)節(jié)輸出電壓。芯片集成了過壓保護、熱關(guān)斷等多種保護功能，同步整流器還支持短路保護，進一步提高了設(shè)備的可靠性。SGM66099提供可調(diào)輸出電壓和固定輸出電壓兩種版本，采用綠色WLCSP - 1.22×0.83 - 6B和TDFN - 2×2 - 6AL封裝。

二、主要特性

2.1 寬輸入電壓范圍

工作輸入電壓范圍為0.9V至5.2V，能適應(yīng)多種電池供電的應(yīng)用場景。

2.2 超低靜態(tài)電流

• 流入VOUT引腳的典型靜態(tài)電流為0.6μA，流入VIN引腳的典型靜態(tài)電流為0.05μA，大大降低了功耗，延長了電池壽命。

  2.3 固定頻率工作

  采用1.2MHz的固定頻率工作，有助于減少電磁干擾（EMI）。

  2.4 可調(diào)輸出電壓

  輸出電壓可在2.5V至5.2V之間調(diào)節(jié)，同時也提供固定輸出電壓版本，滿足不同應(yīng)用的需求。

  2.5 節(jié)能模式

  在低輸出功率時，采用節(jié)能模式提高效率。

  2.6 降壓和直通模式

  具備降壓模式，可在輸入電壓高于輸出電壓時調(diào)節(jié)輸出電壓；當(dāng)輸入電壓比輸出電壓設(shè)定點高300mV時，進入直通模式。

  2.7 高效轉(zhuǎn)換

  在10μA負載下，固定輸出電壓版本的效率可達75%；在10mA至300mA負載下，效率高達93%。

  2.8 寬工作溫度范圍

  工作環(huán)境溫度范圍為 - 40℃至 + 85℃，適用于各種惡劣環(huán)境。

  2.9 多種封裝形式

  提供綠色WLCSP - 1.22×0.83 - 6B和TDFN - 2×2 - 6AL封裝，方便不同的PCB布局需求。

三、應(yīng)用場景

3.1 LCD和LED偏置

為LCD和LED提供穩(wěn)定的偏置電壓，確保顯示效果。

3.2 便攜式和可穿戴設(shè)備

超低靜態(tài)電流和高效轉(zhuǎn)換特性，非常適合對電池續(xù)航要求較高的便攜式和可穿戴設(shè)備。

3.3 低功耗無線應(yīng)用

滿足低功耗無線設(shè)備對電源管理的需求，提高設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。

3.4 電池供電系統(tǒng)

廣泛應(yīng)用于各種電池供電的系統(tǒng)中，延長電池的使用時間。

四、典型應(yīng)用電路

典型應(yīng)用電路中，輸入電壓VIN范圍為0.9V至5.2V，通過一個2.2μH的電感L進行能量轉(zhuǎn)換，輸出電壓VOUT范圍為2.5V至5.2V。電路中還包含輸入電容CIN、輸出電容COUT以及反饋電阻R1、R2等元件，用于調(diào)節(jié)輸出電壓和提高電路的穩(wěn)定性。

五、電氣特性

5.1 電源參數(shù)

• 輸入電壓范圍為0.9V至5.2V，輸出電壓范圍為2.5V至5.2V。
• 流入VIN引腳的靜態(tài)電流在無負載、不開關(guān)時典型值為0.05μA，流入VOUT引腳的靜態(tài)電流在無負載、不開關(guān)時典型值為0.6μA。
• 關(guān)機電流流入VIN引腳在EN = GND、VIN = 3.6V時典型值為0.1μA。

  5.2 輸出參數(shù)

  不同固定輸出電壓版本在不同工作模式下的輸出電壓精度較高，如SGM66099 - 5.0在PWM模式下輸出電壓范圍為4.85V至5.09V。輸出過壓保護閾值典型值為5.8V，具備100mV的過壓保護遲滯。

  5.3 開關(guān)參數(shù)

  開關(guān)頻率在VIN = 3.7V時典型值為1.2MHz。

  5.4 功率開關(guān)參數(shù)

  低側(cè)開關(guān)導(dǎo)通電阻和整流器導(dǎo)通電阻在不同輸出電壓和封裝形式下有所不同，例如在VOUT = 5.0V（TDFN）時，低側(cè)開關(guān)導(dǎo)通電阻典型值為280mΩ。

六、詳細工作原理及保護機制

6.1 啟動和使能

EN引腳為高電平時，SGM66099啟動；為低電平時，設(shè)備停止工作，輸出電壓與輸入電壓完全斷開，關(guān)機電流小于1μA。設(shè)備能夠從0.9V輸入電壓啟動，但負載需大于3kΩ。在啟動階段，輸出電壓達到2.2V之前，開關(guān)電流限制在約200mA。

6.2 過流和短路保護

在過流事件中，SGM66099采用逐周期電流限制。當(dāng)達到電流限制閾值時，低側(cè)功率MOSFET關(guān)斷，防止電感電流進一步增加。若輸出電壓因過流下降至低于輸入電壓，設(shè)備進入降壓模式；若繼續(xù)下降至低于2.2V，設(shè)備重新進入啟動過程。在輸出短路接地的情況下，當(dāng)輸出電壓下降至低于2.2V時，電流限制降低至約200mA，以減少設(shè)備內(nèi)部的功耗。

6.3 過壓保護

集成過壓保護（OVP）功能，當(dāng)輸出電壓達到5.8V（典型值）的過壓保護閾值時，設(shè)備停止開關(guān)。過壓保護具備100mV的遲滯，當(dāng)輸出電壓低于閾值100mV時，設(shè)備恢復(fù)開關(guān)。

6.4 輕載節(jié)能模式

在輕載條件下，SGM66099進入節(jié)能模式，提高效率。

6.5 降壓和直通模式

降壓模式下，即使輸入電壓高于輸出電壓，設(shè)備仍能調(diào)節(jié)輸出電壓。若輸入電壓繼續(xù)升高，設(shè)備自動進入直通模式。在直通模式下，高端PMOS始終導(dǎo)通，將輸入電壓傳遞到輸出。

七、應(yīng)用設(shè)計要點

7.1 輸出電壓編程

對于可調(diào)輸出電壓版本，可通過外部電阻分壓器R1和R2設(shè)置輸出電壓。為提高輸出電壓精度，建議使用±1%精度的電阻，并在R1上并聯(lián)一個10pF至22pF的外部前饋電容CFWD，以提高設(shè)備的穩(wěn)定性。對于固定輸出電壓版本，需將FB引腳連接到GND，避免引腳懸空。

7.2 最大輸出電流估算

SGM66099的最大輸出負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。可通過公式 (I{OUT(MAX) }=frac{V{IN} cdotleft(I{LIM }-frac{I{L H}}{2}right) cdot eta}{V{OUT }}) 估算最大負載電流，其中η為轉(zhuǎn)換效率，使用85%進行估算； (I{LH}) 為電感峰 - 峰紋波電流， (I_{LIM}) 為開關(guān)電流限制。

7.3 電感選擇

電感選擇是開關(guān)模式電源設(shè)計的關(guān)鍵因素之一，會影響電源的瞬態(tài)響應(yīng)、環(huán)路穩(wěn)定性、效率和穩(wěn)態(tài)運行。建議根據(jù)輸出電壓選擇合適的電感值，當(dāng)VOUT高于3V時，選擇2.2μH的電感；當(dāng)VOUT低于3V時，選擇1.1μH的電感。

7.4 電容選擇

• 輸入電容：建議使用10μF、低ESR和X5R或更高溫度系數(shù)的陶瓷電容，盡可能靠近VIN和GND引腳放置，以提高瞬態(tài)響應(yīng)和EMI性能。
• 輸出電容：輸出電容對系統(tǒng)性能至關(guān)重要，應(yīng)盡可能靠近IC的VOUT和GND引腳放置，以減小電流環(huán)路面積。由于電感的影響，輸出電容需根據(jù)電感值進行選擇，最小輸出電容值為20μF（標(biāo)稱值）。

  7.5 布局設(shè)計

  布局對于開關(guān)模式電源的性能至關(guān)重要。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，以減小PCB電感。對于升壓轉(zhuǎn)換器，輸出電容形成的電流環(huán)路應(yīng)盡可能小。

八、總結(jié)

SGM66099同步升壓轉(zhuǎn)換器以其超低靜態(tài)電流、高效轉(zhuǎn)換、豐富的功能特性和良好的保護機制，為電子工程師在電源管理設(shè)計中提供了一個優(yōu)秀的解決方案。在實際應(yīng)用中，通過合理選擇外部元件和優(yōu)化布局設(shè)計，能夠充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢，滿足各種應(yīng)用場景的需求。大家在使用過程中有沒有遇到什么問題或者有什么獨特的設(shè)計經(jīng)驗?zāi)?？歡迎在評論區(qū)分享交流。