SGM6602：20V輸出電壓升壓轉(zhuǎn)換器的詳細(xì)解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，升壓轉(zhuǎn)換器是實(shí)現(xiàn)電源電壓提升的關(guān)鍵組件。SG Micro Corp推出的SGM6602 20V輸出電壓升壓轉(zhuǎn)換器，因其高性能和豐富的特性，在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。下面，我們就對(duì)SGM6602進(jìn)行全面的剖析。

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一、產(chǎn)品概述

SGM6602是一款完全集成的同步升壓轉(zhuǎn)換器，集成了一個(gè)20V的主電源開關(guān)和一個(gè)輸入/輸出隔離開關(guān)。當(dāng)SGM6602處于關(guān)斷模式時(shí)，隔離開關(guān)可實(shí)現(xiàn)真正的負(fù)載斷開，有效減少漏電流。該轉(zhuǎn)換器能夠在1.8V至5.5V的輸入電壓下啟動(dòng)，可提供高達(dá)20V的輸出電壓，非常適合用于PMOLED面板偏置以及需要小尺寸解決方案的高電壓應(yīng)用。

二、產(chǎn)品特性

1. 寬輸入電壓范圍：支持1.8V至5.5V的工作輸入電壓范圍，能適應(yīng)多種電源環(huán)境。
2. 高輸出電壓與效率：最高可輸出20V電壓，在3.6V輸入和12V輸出時(shí)，效率高達(dá)85%。
3. 大開關(guān)電流：典型開關(guān)電流為900mA，能滿足較大功率的負(fù)載需求。
4. 軟啟動(dòng)功能：內(nèi)部具有5ms的軟啟動(dòng)時(shí)間，可減少啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊。
5. 超低關(guān)斷電流：關(guān)斷電流小于1μA，有助于降低功耗。
6. 集成隔離開關(guān)：實(shí)現(xiàn)輸入和輸出在關(guān)斷時(shí)的斷開，增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性。
7. 輕載節(jié)能模式：具備輕載時(shí)的節(jié)能模式，提高了能源利用效率。
8. 多重保護(hù)功能：擁有輸出短路保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)和熱關(guān)斷等功能，提升了設(shè)備的可靠性。
9. 多種封裝形式：提供Green WLCSP - 0.8×1.2 - 6B和TDFN - 2×2 - 6AL兩種封裝，方便不同的設(shè)計(jì)需求。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

SGM6602的應(yīng)用范圍廣泛，主要包括以下幾個(gè)方面：

1. PMOLED和傳感器電源：為PMOLED面板和各類傳感器提供穩(wěn)定的高電壓電源。
2. 可穿戴設(shè)備：滿足可穿戴設(shè)備對(duì)小尺寸、低功耗和高電壓的需求。
3. 便攜式醫(yī)療設(shè)備：為便攜式醫(yī)療設(shè)備提供可靠的電源支持。

四、典型應(yīng)用電路

SGM6602的典型應(yīng)用電路如圖1所示，需要注意各元件的參數(shù)選擇，如輸入電容CIN為1.0μF，輸出電容COUT為10μF等。這些元件的合理選擇對(duì)于電路的性能至關(guān)重要，大家在設(shè)計(jì)時(shí)可以思考如何根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整元件參數(shù)以達(dá)到最佳性能。

五、電氣特性

電源相關(guān)參數(shù)

• 欠壓鎖定閾值（VIN_UVLO）：典型值為1.52V，當(dāng)輸入電壓上升到該值時(shí)，芯片開始正常工作。
• 欠壓鎖定遲滯（VIN_HYS）：典型值為150mV，有助于防止芯片在臨界電壓附近頻繁開關(guān)。
• 靜態(tài)電流（IQ_VIN）：在芯片啟用且無(wú)負(fù)載、無(wú)開關(guān)動(dòng)作時(shí)，典型值為41μA。
• 關(guān)斷電流（ISD）：在芯片禁用時(shí)，最大為1μA。

輸出相關(guān)參數(shù)

• 12V輸出電壓精度（VOUT_12V）：在FB引腳連接到VIN引腳時(shí)，輸出電壓在11.64V至12.36V之間。
• 9V輸出電壓精度（VOUT_9V）：范圍在8.73V至9.27V。
• 反饋電壓（VFB）：在PWM模式下，典型值為0.795V。
• 輸出過(guò)壓保護(hù)閾值（VOVP）：典型值為21.5V，當(dāng)輸出電壓超過(guò)該值時(shí)，芯片會(huì)啟動(dòng)過(guò)壓保護(hù)。
• 過(guò)壓保護(hù)遲滯（VOVP_HYS）：典型值為1.4V。

功率開關(guān)相關(guān)參數(shù)

• 隔離MOSFET導(dǎo)通電阻（RDS(ON)）：WLCSP - 0.8×1.2 - 6B封裝下典型值為975mΩ，TDFN - 2×2 - 6AL封裝下典型值為955mΩ。
• 低端MOSFET導(dǎo)通電阻：WLCSP - 0.8×1.2 - 6B封裝下典型值為515mΩ，TDFN - 2×2 - 6AL封裝下典型值為485mΩ。
• 開關(guān)頻率（fSW）：在VIN = 3.6V、VOUT = 12V的PWM模式下，典型值為1.1MHz。
• 峰值開關(guān)電流限制（ILIM_SW）：典型值為900mA。
• 軟啟動(dòng)時(shí)間（tSTART - UP）：從輸入電壓到12V輸出的軟啟動(dòng)時(shí)間典型值為5ms。

邏輯接口相關(guān)參數(shù)

• EN邏輯高閾值（VEN_H）：典型值為1.2V，當(dāng)EN引腳電壓高于該值時(shí)，芯片啟用。
• EN邏輯低閾值（VEN_L）：典型值為0.3V，當(dāng)EN引腳電壓低于該值時(shí)，芯片禁用。

保護(hù)相關(guān)參數(shù)

• 熱關(guān)斷閾值（TSD）：典型值為160℃，當(dāng)芯片溫度超過(guò)該值時(shí)，會(huì)啟動(dòng)熱關(guān)斷保護(hù)。
• 熱關(guān)斷遲滯（TSD_HYS）：典型值為20℃，當(dāng)芯片溫度下降20℃后，熱關(guān)斷保護(hù)解除。

六、典型性能特性

效率與輸出電流關(guān)系

在不同輸入電壓下，效率隨輸出電流的變化曲線如圖所示?？梢钥闯?，在一定的輸出電流范圍內(nèi)，效率較高，且不同輸入電壓下的效率曲線有所差異。大家可以思考如何根據(jù)實(shí)際負(fù)載電流選擇合適的輸入電壓以提高效率。

輸出電壓與溫度關(guān)系

9V和12V固定輸出電壓隨溫度的變化曲線顯示，輸出電壓在一定溫度范圍內(nèi)保持相對(duì)穩(wěn)定。但在溫度變化較大時(shí)，輸出電壓會(huì)有一定的波動(dòng)，這在實(shí)際應(yīng)用中需要考慮。

靜態(tài)電流與溫度和輸入電壓關(guān)系

靜態(tài)電流隨溫度和輸入電壓的變化曲線可以幫助我們了解芯片在不同條件下的功耗情況。在設(shè)計(jì)低功耗系統(tǒng)時(shí)，這是一個(gè)重要的參考因素。

開關(guān)波形

不同工作模式下（PWM CCM、PWM DCM、節(jié)能模式等）的開關(guān)波形展示了芯片在不同負(fù)載條件下的工作狀態(tài)。通過(guò)分析這些波形，可以更好地理解芯片的工作原理和性能。

七、應(yīng)用信息

輸出電壓設(shè)置

SGM6602有兩種輸出電壓設(shè)置方式：

1. 固定輸出電壓：將FB引腳連接到輸入電壓，可通過(guò)訂購(gòu)不同的型號(hào)設(shè)置為固定的9V或12V輸出電壓。這種方式可以減少分壓電阻，減小PCB尺寸和BOM成本。
2. 可編程輸出電壓：通過(guò)外部電阻分壓器可將輸出電壓編程至最高20V。計(jì)算公式為(R{1}=(frac{V{OUT}}{V{FB}} - 1) × R{2})，其中(V{FB}=0.795V)。為了獲得最佳精度，建議(R{2})值不大于80kΩ，較小的(R{2})值可提高抗噪聲能力，較大的(R{2})值可降低靜態(tài)電流和提高輕載效率。

元件選擇

1. 電感選擇：SGM6602支持4.7μH至10μH的電感值。電感的選擇需要在尺寸、成本、效率、瞬態(tài)響應(yīng)和環(huán)路穩(wěn)定性等方面進(jìn)行權(quán)衡。可根據(jù)公式計(jì)算電感的直流電流、紋波電流和峰值電流。一般建議紋波電流低于平均電感電流的40%，較大的電感值可降低輸出紋波電壓和EMI，但會(huì)稍微降低瞬態(tài)響應(yīng)；較小的電感值可減小尺寸，但會(huì)增加電感的交流損耗。推薦的電感型號(hào)如FDSD0420 - H - 100M、CDRH3D23/HP等。
2. 輸入電容選擇：對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，大于1.0μF的陶瓷電容即可滿足需求。
3. 輸出電容選擇：輸出電容主要根據(jù)規(guī)格要求的輸出紋波來(lái)選擇?？筛鶕?jù)公式(C{OUT}=frac{I{OUT} × D{max}}{f{SW} × V_{RIPPLE}})計(jì)算所需的最小電容值。同時(shí)，需要考慮電容的ESR對(duì)輸出紋波的影響，推薦的有效輸出電容范圍為4.7μF至10μF。

電源供應(yīng)建議

SGM6602可在1.8V至5.5V的輸入電壓范圍內(nèi)工作。通常，輸入電源應(yīng)穩(wěn)定且靠近轉(zhuǎn)換器。對(duì)于輸入源距離較遠(yuǎn)的特殊應(yīng)用，可能需要額外的47μF以上的電解或鉭電容。輸入電源的輸出電流需要滿足SGM6602的供電電壓、輸出電壓和輸出電流要求。

布局指南

布局對(duì)于開關(guān)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，連接SW引腳的所有走線應(yīng)短且面積小。通常在開關(guān)穩(wěn)壓器下方放置接地平面以減少層間耦合。對(duì)于升壓轉(zhuǎn)換器，輸出電容從VOUT引腳回到GND引腳的電流回路應(yīng)盡可能小。

八、封裝信息

SGM6602提供WLCSP - 0.8×1.2 - 6B和TDFN - 2×2 - 6AL兩種封裝，文中給出了詳細(xì)的封裝外形尺寸、推薦焊盤圖案、編帶和卷盤信息以及紙箱尺寸等，方便工程師進(jìn)行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。

總之，SGM6602是一款性能優(yōu)異的升壓轉(zhuǎn)換器，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇元件參數(shù)和布局方式，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。大家在實(shí)際應(yīng)用中遇到過(guò)哪些關(guān)于升壓轉(zhuǎn)換器的問(wèn)題呢？歡迎一起交流探討。