SGM6626：高性能非同步升壓轉(zhuǎn)換器的設(shè)計與應(yīng)用

在電子設(shè)計領(lǐng)域，升壓轉(zhuǎn)換器是常見且關(guān)鍵的元件，它能將低電壓轉(zhuǎn)換為高電壓，滿足不同電路的需求。SGM6626作為一款高性能的非同步升壓轉(zhuǎn)換器，具有諸多獨(dú)特的特性和優(yōu)勢，下面就為大家詳細(xì)介紹。

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一、SGM6626概述

SGM6626是SGMICRO推出的一款高壓非同步升壓轉(zhuǎn)換器，集成了24V功率MOSFET，支持低至2.5V的輸入電壓。它有700kHz或1.35MHz的固定開關(guān)頻率可供選擇，通過引腳即可輕松切換，這種設(shè)計便于濾波且能降低噪聲。同時，COMP引腳能讓用戶使用小電容靈活設(shè)置環(huán)路動態(tài)。此外，該器件還具備過流保護(hù)、SW過壓保護(hù)、軟啟動、欠壓鎖定（UVLO）和熱關(guān)斷等內(nèi)置功能，采用綠色MSOP - 8封裝。

二、特性亮點(diǎn)

1. 寬電壓范圍

輸入電壓低至2.5V，輸出電壓高達(dá)24V，能適應(yīng)多種不同的電源環(huán)境和負(fù)載需求。

2. 靈活的開關(guān)頻率

可通過引腳選擇700kHz或1.35MHz的固定開關(guān)頻率。較高的開關(guān)頻率能改善負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)，降低輸出紋波電壓，但效率會略有降低；較低的開關(guān)頻率則在輕載時能提高效率。

3. 高效性能

在 (V{IN}=5V)，(V{OUT}=12V) 且 (I_{OUT}=0.2A) 的條件下，效率可達(dá)94%，能有效降低功耗。

4. 集成度高

集成了低側(cè)功率MOSFET，減少了外部元件的使用，簡化了電路設(shè)計。

5. 保護(hù)功能完善

具備過流保護(hù)、過壓保護(hù)、欠壓鎖定和熱關(guān)斷等功能，能有效保護(hù)器件和電路，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

SGM6626適用于多種便攜式應(yīng)用，如小型LCD顯示器、手持計算機(jī)和PDA、數(shù)碼相機(jī)和攝像機(jī)等。這些設(shè)備通常對電源的體積、效率和穩(wěn)定性有較高要求，SGM6626正好能滿足這些需求。

四、典型應(yīng)用電路及參數(shù)設(shè)計

1. 典型應(yīng)用電路

其典型應(yīng)用電路包含輸入電容、輸出電容、電感、二極管、反饋電阻等元件。通過合理選擇這些元件的參數(shù)，能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的升壓輸出。

2. 輸出電壓設(shè)置

SGM6626支持最高24V的輸出電壓，可通過連接到FB引腳的電阻分壓器來配置輸出電壓。計算公式為 (R{1}=frac{(V{OUT}-V{FB})×R{2}}{V{FB}})，為簡化設(shè)計，推薦 (R{2}) 取10kΩ。例如，當(dāng) (R{1}) 為54kΩ時，輸出電壓可配置為8V。較小的 (R{1}) 和 (R_{2}) 值能提高抗噪能力，而較大的值則能降低靜態(tài)電流，有利于輕載效率。

3. 軟啟動電容選擇

為防止啟動時產(chǎn)生過大電流，SGM6626設(shè)有軟啟動定時器。通過在SS引腳連接外部電容，并以恒定電流充電，可緩慢提升升壓轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部電流限制。軟啟動周期 (t{ss}) 由公式 (t{ss}=75×C{4}) 確定（(C{4}) 為從SS到GND的軟啟動電容，單位為nF；(t{ss}) 單位為μs），也可通過 (C{4}=0.0133×t_{ss}) 計算所需電容值。

4. 輸入電容選擇

建議使用低ESR陶瓷電容，以實(shí)現(xiàn)良好的輸入電壓濾波和噪聲限制。至少應(yīng)在IC的IN到GND之間靠近IC處放置一個0.1μF的旁路電容，大多數(shù)應(yīng)用中，一個10μF的陶瓷輸入電容就足夠了。若SGM6626離輸入電源較遠(yuǎn)，推薦使用47μF或更高電容值的電容來抑制線束電感。

5. 輸出電容選擇

輸出電容決定了輸出電壓紋波和負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)?？赏ㄟ^公式 (C{2} approx frac{(1 - frac{V{IN}}{V{OUT}})×I{LOAD}}{V{RIPPLE}×f{SW}}) 估算所需電容值。由于陶瓷電容存在直流偏置特性，需參考制造商的數(shù)據(jù)手冊，確保在所需輸出電壓下有足夠的有效電容。大多數(shù)應(yīng)用推薦使用4.7μF至22μF的電容。使用鉭或鋁電解電容時，需考慮ESR，輸出紋波計算公式為 (V{RIPPLE} approx frac{(1 - frac{V{IN}}{V{OUT}})×I{LOAD}}{C{2}×f{SW}}+frac{I{LOAD}×R{ESR}×V{OUT}}{V{IN}})。

6. 電感選擇

電感是SGM6626升壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計中最關(guān)鍵的元件，它影響著穩(wěn)態(tài)運(yùn)行、瞬態(tài)響應(yīng)和環(huán)路穩(wěn)定性。對于大多數(shù)1.35MHz的應(yīng)用，推薦使用4.7μH的電感；對于700kHz的應(yīng)用，推薦使用10μH的電感。設(shè)計時需考慮電感的標(biāo)稱電感值、直流電阻（DCR）、飽和電流和最大RMS電流等參數(shù)。電感的峰 - 峰紋波電流 (Delta I{L}=frac{V{IN}×(V{OUT}+V{F}-V{IN})}{L×(V{OUT}+V{F})×f{SW}})，建議選擇峰 - 峰紋波電流在電感最大直流電流的30% - 40%范圍內(nèi)，這樣能在電感磁芯和轉(zhuǎn)換器傳導(dǎo)損耗（由于交流紋波）以及電感尺寸之間取得良好的平衡。電感直流電流可通過 (I_{INDC}=frac{V{OUT}×I{OUT}}{V{IN}×eta}) 計算（(eta) 為轉(zhuǎn)換器效率）。

7. 肖特基二極管選擇

外部整流二極管的選擇對器件性能至關(guān)重要。推薦使用高速、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(yīng)高于峰值負(fù)載，所選二極管的擊穿電壓應(yīng)高于最大輸出電壓（24V）并有一定余量。為實(shí)現(xiàn)更小的尺寸和更低的成本，可使用額定電壓較低的肖特基二極管。

8. 環(huán)路補(bǔ)償

SGM6626使用跨導(dǎo)誤差放大器（COMP）來補(bǔ)償反饋環(huán)路，通過外部電阻和電容進(jìn)行頻率補(bǔ)償。由于采用了電流反饋，消除了LC濾波器的諧振，功率級傳遞函數(shù)的相位延遲大大減少，補(bǔ)償變得更加容易。設(shè)計電流模式升壓轉(zhuǎn)換器的環(huán)路需要使用Type II補(bǔ)償器，它能提供一個原點(diǎn)極點(diǎn)、一個極點(diǎn)和一個零點(diǎn)，有助于實(shí)現(xiàn)高直流增益、良好的直流調(diào)節(jié)和低頻線路注入。確定極點(diǎn)和零點(diǎn)涉及 (R{LOAD})、(R{3})、(C{2}) 和 (C{3}) 四個元件，具體計算公式為 (f{P1}=frac{1}{pi×C{2}×R{LOAD}})，(f{P2}=frac{G{EA}}{2pi×C{3}×A{VEA}})，(f{z1}=frac{1}{2pi×C{3}×R{3}})（(R{LOAD}) 為負(fù)載電阻，(G{EA}) 為誤差放大器跨導(dǎo)，(A{VEA}) 為誤差放大器電壓增益）。直流環(huán)路增益 (A{VDC}=frac{1.85×A{VEA}×V{IN}×R{LOAD}×V{FB}}{V{OUT}^{2}})，右半平面零點(diǎn) (f{RHPZ}=frac{V{IN}^{2}×R{LOAD}}{2pi×L×V{OUT}^{2}})?？蓞⒖急?選擇合適的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，以獲得更好的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。為了更快的響應(yīng)時間，可以適當(dāng)增大 (R{3}) 值以擴(kuò)展帶寬，同時略微減小 (C_{3}) 值以保持足夠的相位裕度，但這些調(diào)整需結(jié)合SGM6626的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)監(jiān)測進(jìn)行。

五、性能特點(diǎn)

1. 電氣特性

在不同的輸入電壓、溫度等條件下，SGM6626具有明確的電氣參數(shù)，如工作輸入電壓范圍為2.5V - 22V，欠壓鎖定電壓為2.15V - 2.45V等，這些參數(shù)為電路設(shè)計提供了準(zhǔn)確的參考。

2. 典型性能曲線

包括重負(fù)載紋波、輕負(fù)載紋波、負(fù)載瞬態(tài)、啟動波形、靜態(tài)電流與溫度關(guān)系、反饋電壓與溫度關(guān)系、頻率與溫度關(guān)系、效率與負(fù)載電流關(guān)系、輸出電壓與輸入電壓關(guān)系、輸出電壓與負(fù)載電流關(guān)系等曲線，能幫助工程師更好地了解器件在不同工作條件下的性能表現(xiàn)。

六、功能保護(hù)機(jī)制

1. 欠壓鎖定

SGM6626集成了VIN欠壓鎖定（UVLO）功能，能防止輸入電壓低于 (V{UVLO}) 時器件誤操作，其滯回電壓為100mV（典型值）。當(dāng)輸入電壓上升超過 (V{UVLO}) 時，器件會重新啟動。

2. 使能和軟啟動

當(dāng)輸入電壓有效時，將EN輸入拉至邏輯高電平可使能器件，器件開始工作并將參考電壓提升至1.25V（典型值）。通過軟啟動定時器可減少啟動時的浪涌電流，軟啟動時間可通過外部電容編程。將EN拉至邏輯低電平可關(guān)閉SGM6626，此時開關(guān)和所有控制電路關(guān)閉，器件電流降至0.1μA（典型值）。

3. 過壓保護(hù)

過壓保護(hù)電路可防止因輸出電阻分壓器斷開而損壞IC。SGM6626在每個開關(guān)周期監(jiān)測SW引腳電壓，當(dāng)SW引腳電壓連續(xù)8個周期超過 (V_{OVP}) 閾值（25.3V，典型值）時，器件會關(guān)閉開關(guān)FET并停止工作，等待5.5ms后嘗試軟重啟。

4. 過流保護(hù)

SGM6626具有固有過流保護(hù)功能，當(dāng)峰值電流達(dá)到2A（典型值）的電流限制閾值時，低側(cè)MOSFET關(guān)閉，直到下一個時鐘周期才會再次開啟。

5. 熱關(guān)斷

當(dāng)結(jié)溫超過156℃（典型值）時，內(nèi)部熱關(guān)斷保護(hù)會關(guān)閉器件，當(dāng)結(jié)溫下降至少20℃（典型值）時，器件將恢復(fù)工作。

6. 脈沖跳過模式

在輕載時，SGM6626集成了脈沖跳過模式。當(dāng)出現(xiàn)輕載情況時，COMP電壓自然下降，降低峰值電流。當(dāng)COMP電壓隨著負(fù)載降低進(jìn)一步下降并達(dá)到預(yù)設(shè)的低閾值時，誤差放大器的輸出被鉗位在該閾值，不再下降。如果負(fù)載進(jìn)一步降低，SGM6626的輸出電壓超過標(biāo)稱電壓，器件會跳過開關(guān)周期，通過降低平均開關(guān)頻率來減少開關(guān)損耗，提高輕載效率。

七、PCB布局注意事項(xiàng)

布局對于開關(guān)模式電源的性能至關(guān)重要，特別是對于高開關(guān)頻率和高電流的轉(zhuǎn)換器。不良的布局可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定、EMI故障和器件損壞。因此，應(yīng)將電感、輸入電容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，以最小化PCB寄生電感。同時，應(yīng)盡量減小與SW引腳連接的長度和面積，因?yàn)镾W引腳是干擾源。所有反饋元件應(yīng)靠近FB引腳，以防止FB引腳走線受到噪聲注入。對于升壓轉(zhuǎn)換器，輸出電容回到器件GND引腳的電流環(huán)路應(yīng)盡可能小，以優(yōu)化SW引腳和輸出端的過沖。

八、總結(jié)

SGM6626以其寬電壓范圍、靈活的開關(guān)頻率、高效性能和完善的保護(hù)功能，成為便攜式應(yīng)用和小型電子設(shè)備中升壓轉(zhuǎn)換的理想選擇。在設(shè)計過程中，合理選擇外部元件參數(shù)和進(jìn)行正確的PCB布局，能充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢，為電子系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的電源解決方案。各位工程師在實(shí)際應(yīng)用中，不妨多嘗試和探索，挖掘SGM6626更多的潛力。你在使用升壓轉(zhuǎn)換器時遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。