SGM6601低功耗DC - DC升壓轉換器：特性、應用與設計要點

在電子設備的電源管理領域，高性能、低功耗的升壓轉換器一直是工程師們關注的焦點。今天，我們就來詳細探討一下圣邦微電子（SG Micro Corp）推出的SGM6601低功耗DC - DC升壓轉換器。

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一、產品概述

SGM6601是一款高頻升壓轉換器，輸入電壓范圍為1.8V至5.5V，非常適合中小尺寸LCD偏置電源和白色LED背光源供電等應用。其開關頻率最高可達1MHz，支持陶瓷輸出電容和鉭輸出電容。內部400mA的開關電流限制可提供低輸出電壓紋波，典型靜態(tài)電流僅為20μA，配合優(yōu)化的控制方案，能在整個負載電流范圍內實現(xiàn)極高的效率。該器件的可調輸出電壓在使用雙節(jié)鎳氫/鎳鎘電池或單節(jié)鋰離子電池時，理想情況下最大可達38V，還能實現(xiàn)標準的3.3V/5V到12V的電源轉換。

二、產品特性

2.1 寬輸入輸出范圍

• 輸入電壓范圍為1.8V至5.5V，能適應多種電源供電。
• 可調輸出電壓最大可達38V，滿足不同應用場景對高電壓的需求。

2.2 高頻開關與低紋波

• 最高1MHz的開關頻率，允許使用小型外部元件。
• 400mA的內部開關電流限制，有效降低輸出電壓紋波。

2.3 低功耗設計

• 典型靜態(tài)電流20μA，關機電流僅0.1μA，大大降低了功耗。

2.4 溫度適應性強

工作溫度范圍為 - 40℃至 + 85℃，能在較惡劣的環(huán)境下穩(wěn)定工作。

2.5 多種封裝形式

提供TDFN - 2×2 - 6L和TSOT - 23 - 5兩種封裝，方便不同的PCB布局需求。

三、應用領域

SGM6601的應用十分廣泛，常見于以下設備：

• LCD偏置電源：為LCD提供穩(wěn)定的偏置電壓，保證顯示效果。
• LCD背光源白色LED供電：滿足白色LED的供電需求，實現(xiàn)均勻的背光效果。
• 移動電話：為手機中的各種模塊提供合適的電源。
• 音頻播放器：確保音頻電路的穩(wěn)定供電，提升音質。
• 數(shù)碼相機：為相機的圖像傳感器、顯示屏等提供電源。
• PDA和手持PC：滿足手持設備對電源的高要求。

四、典型應用電路

典型應用電路中，需要注意以下元件的選擇：

• 電感L1：推薦值為10μH，電感的選擇對電路性能有重要影響，后面會詳細介紹。
• 輸入電容CIN：選擇4.7μF的電容，可有效減少輸入電源的紋波。
• 輸出電容COUT：采用1μF電容，有助于穩(wěn)定輸出電壓。

五、參數(shù)詳情

5.1 絕對最大額定值

• 輸入電源電壓范圍為 - 0.3V至6V。
• EN和FB引腳電壓范圍為 - 0.3V至VIN。
• SW開關電壓最大為40V。
• 工作溫度范圍 - 40℃至 + 85℃，結溫最大為150℃。
• 儲存溫度范圍 - 65℃至 + 150℃。

5.2 引腳配置與功能

5.3 電氣特性

在不同條件下，SGM6601的各項電氣參數(shù)表現(xiàn)如下：

• 電源電流：輸入電壓范圍1.8V至5.5V，關機電流典型值0.1μA，工作靜態(tài)電流典型值20μA。
• 使能特性：EN輸入高電壓為1.3V，低電壓最大為0.4V，輸入泄漏電流典型值0.1μA。
• 功率開關與電流限制：最大開關電壓39V，最小關斷時間270ns至570ns，最大導通時間4μs至8.5μs，MOSFET導通電阻典型值660mΩ，開關電流限制典型值400mA。
• 輸出特性：可調輸出電壓范圍為VIN至38V，反饋參考電壓典型值1.229V，輸出電壓線性調整率典型值0.04%/V，負載調整率典型值0.15%/mA。

六、工作原理

6.1 峰值電流控制

當電感電流達到400mA（典型值）時，SGM6601關閉低側（LS）FET。電流限制比較器的傳播延遲在開關過程中會產生100ns（典型值）的延遲時間，實際峰值電流可通過公式 (I{PEAK (TYP)}=I{LIM}+frac{V{IN}}{L} × 100 ns) 計算，其中 (I{LIM}=400 mA)。

6.2 軟啟動

為了減少啟動時的浪涌電流，SGM6601集成了軟啟動功能。設備啟用時，電流限制閾值逐漸增加，在256個開關周期內，電流限制被鉗位在 (I{LIM})（典型值）的1/3，再經過256個開關周期，釋放到 (I{LIM})（典型值）的1/2，最后達到完整的 (I_{LIM})（典型值）。

6.3 使能控制

當EN引腳拉低時，SGM6601的關機電流為0.1μA（典型值）。此時，輸入電壓將通過高端整流二極管旁路到輸出。注意，不要讓EN引腳浮空。

6.4 欠壓鎖定

SGM6601的輸入欠壓鎖定閾值為1.5V。當施加到VIN引腳的輸入電壓低于1.5V時，設備將保持關閉狀態(tài)。

6.5 熱關斷

為防止過熱和功率耗散造成的損壞，該器件具備熱關斷功能。當結溫超過 + 155℃（典型值）時，設備將關閉，當結溫下降20℃時，設備自動恢復工作。

七、應用設計要點

7.1 電感選擇

SGM6601的輸出電壓調節(jié)架構本身是穩(wěn)定的，電感值不影響設備的穩(wěn)定性，但負載電流和轉換比會影響開關頻率。推薦的電感值范圍為2.2μH至47μH。所選電感應確保LS導通時間不超過6μs（典型值）的最大導通時間，并且在6μs內達到400mA（典型值）的峰值電流。最大開關頻率可通過公式 (f{S(MAX)}=frac{V{IN(MIN)} timesleft(V{OUT }-V{IN}right)}{I{P} × L × V{OUT }}) 計算，實際開關頻率可通過公式 (f{S(I L O A D)}=frac{2 × I{L O A D} timesleft(V{OUT }-V{I N}+V dright)}{I{P}^{2} × L}) 計算，最大可用負載電流可通過公式 (LOAD(MAX) =eta frac{I{p}^{2} × L × f{S(M A X)}}{2 timesleft(V{OUT }-V_{I N}right)}) 計算。同時，電感的飽和額定值應高于400mA（典型值）的峰值電流限制，低直流電阻的電感可提高轉換效率。

7.2 輸出電壓設置

通過在FB引腳上連接電阻分壓器來設置SGM6601的輸出電壓，公式為 (V{OUT }=1.229 V timesleft(1+frac{R 1}{R 2}right))，其中R2推薦值小于200kΩ，R1最大值小于2.2MΩ。為提高穩(wěn)定性，建議在R1上并聯(lián)一個前饋電容，其電容值可通過公式 (C{F F}=frac{1}{2 × pi × frac{f_{s}}{20} × R 1}) 計算。

7.3 線路和負載調節(jié)

SGM6601的FB引腳需要45mV的峰 - 峰電壓紋波才能實現(xiàn)良好的線路調節(jié)。對于總輸出電容受限的應用，建議使用前饋電容來增加耦合到FB引腳的電壓紋波。使用小電感值可提高開關頻率，從而降低輸出電壓紋波和反饋引腳的電壓紋波。此外，在底部反饋電阻上并聯(lián)一個電容可將反饋引腳的電壓紋波降低到45mV。

7.4 EN引腳保護

在某些情況下，如熱插拔或熱插入時，電源輸入VIN可能會出現(xiàn)非常高的電壓尖峰（> (2 ×V_{IN })）。為防止SGM6601被高壓尖峰損壞并在通電時保護EN引腳，建議在EN和VIN之間添加一個上拉電阻（>1kΩ），而不是直接連接。

7.5 輸出電容選擇

推薦在SGM6601的輸出端使用低ESR陶瓷電容。正常工作時的輸出電壓紋波可通過公式 (Delta V{OUT }=frac{I{OUT }}{C{OUT }} timesleft(frac{1}{f{S(I O U T)}}-frac{I{P} × L}{V{OUT }+V d-V{IN }}right)+I{P} × ESR) 估算。

7.6 輸入電容

升壓轉換器的輸入電容在整個開關周期內會有連續(xù)電流。建議在SGM6601的VCC引腳和GND引腳之間盡可能靠近地放置一個4.7μF的陶瓷電容。對于SGM6601遠離輸入源的應用，建議使用47μF或更高電容值的電容來抑制線束電感。

7.7 肖特基二極管選擇

外部整流二極管的選擇對確保設備性能至關重要。建議使用高速、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高于峰值負載，擊穿電壓應高于編程輸出電壓并有一定余量。

7.8 布局準則

除了元件選擇，布局對于確保任何開關模式電源的性能也至關重要。不良的布局可能導致系統(tǒng)不穩(wěn)定、EMI故障和設備損壞。因此，應將電感、輸入和輸出電容盡可能靠近IC放置，使用寬而短的走線來最小化PCB電感。對于升壓轉換器，輸出電容從Vout引腳回到設備GND引腳的電流環(huán)路應盡可能小。

八、總結

SGM6601低功耗DC - DC升壓轉換器以其寬輸入輸出范圍、高頻開關、低功耗等特性，為電子設備的電源管理提供了優(yōu)秀的解決方案。在實際應用中，工程師需要根據(jù)具體的設計要求，合理選擇元件，并注意布局和布線，以充分發(fā)揮SGM6601的性能優(yōu)勢。你在使用SGM6601的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經驗和見解。