SGM6613A：高效同步升壓轉(zhuǎn)換器的卓越之選

在電子設(shè)計領(lǐng)域，電源管理芯片的性能直接影響著整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。今天，我們就來深入探討一款高性能的同步升壓轉(zhuǎn)換器——SGM6613A。

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一、產(chǎn)品概述

SGM6613A是一款高度集成的同步升壓轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部集成了17mΩ的低端功率開關(guān)和31mΩ的高端功率開關(guān)。它能夠提供高達(dá)28.5V的輸出電壓，輸入電壓范圍為4.5V至22V，可滿足多種應(yīng)用場景的需求。

二、產(chǎn)品特性

1. 寬輸入輸出電壓范圍

• 輸入電壓范圍為4.5V至22V，輸出電壓范圍為((V_{IN}+5V))至28.5V，這種寬范圍的設(shè)計使得它在不同的電源環(huán)境下都能穩(wěn)定工作。

  2. 高電流輸出能力

• 具備高達(dá)7A的電阻可編程電流限制，能夠?yàn)樨?fù)載提供充足的電流。

  3. 集成式功率MOSFET

• 集成了17mΩ/31mΩ的功率MOSFET，有效降低了導(dǎo)通損耗，提高了轉(zhuǎn)換效率。在(V{IN}=5V)，(V{OUT}=28.5V)且(I_{OUT}=500mA)的條件下，效率可達(dá)90%。

  4. 可編程開關(guān)頻率

• 支持高達(dá)700kHz的電阻可編程開關(guān)頻率，方便工程師根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整。

  5. 多重保護(hù)功能

• 具備過壓保護(hù)、電感電流限制保護(hù)和熱關(guān)斷保護(hù)等功能，確保芯片在異常情況下的安全性和穩(wěn)定性。

  6. 輕載強(qiáng)制PWM模式

• 在輕載條件下采用強(qiáng)制脈沖寬度調(diào)制（PWM）模式，可防止因低開關(guān)頻率導(dǎo)致的操作故障，同時減少聲學(xué)噪聲和開關(guān)頻率干擾。

  7. 環(huán)保封裝

• 采用綠色TQFN - 3×3.5 - 13L封裝，符合環(huán)保要求。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

SGM6613A的應(yīng)用范圍十分廣泛，常見于以下領(lǐng)域：

• 便攜式揚(yáng)聲器箱：為揚(yáng)聲器提供穩(wěn)定的電源，保證音質(zhì)的清晰和穩(wěn)定。
• LCD顯示源驅(qū)動器：為LCD顯示屏提供合適的電源，確保顯示效果。
• 功率放大器和電機(jī)驅(qū)動器電源：滿足功率放大器和電機(jī)驅(qū)動器對電源的高要求。
• USB Type - C電源：為USB Type - C接口設(shè)備提供穩(wěn)定的電源支持。

四、引腳配置與功能

1. 引腳配置

2. 引腳功能詳解

• FREQ引腳：通過外部電阻可以靈活調(diào)整開關(guān)頻率，以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。例如，當(dāng)(R_{FREQ}=330kΩ)時，開關(guān)頻率約為500kHz。
• ILIM引腳：通過連接電阻可以設(shè)置峰值電流限制，計算公式為(R{LIM}=frac{730}{I{LIM}})。例如，選擇107kΩ的電阻可設(shè)置6.8A的峰值電流限制。
• FB引腳：用于電壓反饋，通過電阻分壓器可以精確設(shè)置輸出電壓，計算公式為(V{OUT}=V{FB}×(1+frac{R{UP}}{R{DOWN}}))。

五、電氣特性

1. 電源特性

• 輸入電壓范圍為4.5V至22V，輸入欠壓鎖定（UVLO）閾值典型值為4.1V，滯回為160mV。
• VCC調(diào)節(jié)電壓在(I{CC}=5mA)，(V{IN}=6V)時為5V。
• 靜態(tài)電流方面，在IC使能、無負(fù)載、無開關(guān)且(V{IN}=4.5V)，(V{OUT}=28.5V)，(V_{FB}=1.23V)時，流入VIN引腳的靜態(tài)電流為420 - 510μA；流入VOUT引腳的靜態(tài)電流為150 - 200μA。
• 關(guān)斷電流方面，IC禁用且(V{IN}=4.5V)時，流入VIN引腳的關(guān)斷電流為0.8 - 3μA；(V{IN}=22V)時為4.4 - 8μA。

  2. 輸出電壓特性

• 輸出電壓范圍為9.5V至28.5V，輸出過壓保護(hù)閾值典型值為30.2V。

  3. 功率開關(guān)特性

• 高端MOSFET導(dǎo)通電阻在(V{CC}=5V)，(T{J}=+25℃)時典型值為31mΩ，最大值為40mΩ；低端MOSFET導(dǎo)通電阻典型值為17mΩ，最大值為25mΩ。

  4. 電流限制特性

• 電阻可編程電流限制在(R{LIM}=107kΩ)，(T{J}=+25℃)時，典型值為6.8A，最小值為5.3A，最大值為8.2A。

  5. 電壓參考特性

• FB引腳的參考電壓在強(qiáng)制PWM操作且(T_{J}=+25℃)時，典型值為1.200V，最小值為1.176V，最大值為1.224V。

  6. 其他特性

• 誤差放大器的COMP引腳輸出高電壓典型值為1.57V，輸出低電壓典型值為0.46V，跨導(dǎo)典型值為260μS。
• 軟啟動時間典型值為11ms，預(yù)充電時間典型值為2.7ms。
• 熱關(guān)斷上升閾值典型值為150℃，下降閾值典型值為130℃，打嗝模式下重啟等待時間為70ms。
• 開關(guān)頻率在(R_{FREQ}=330kΩ)時，典型值為500kHz，最小值為400kHz，最大值為600kHz，最小導(dǎo)通時間為180ns。

六、典型性能特性

1. 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而變化。例如，在(V{IN}=5V)，(V{OUT}=28.5V)的條件下，效率最高可達(dá)90%左右。

2. 峰值電流限制與設(shè)置電阻關(guān)系

通過改變設(shè)置電阻的阻值，可以精確調(diào)整峰值電流限制。

3. 導(dǎo)通電阻與溫度關(guān)系

高端和低端MOSFET的導(dǎo)通電阻隨溫度的升高而增大。

4. 其他特性

還包括輸入欠壓鎖定上升/下降閾值與溫度的關(guān)系、EN上升/下降閾值與溫度的關(guān)系、參考電壓與溫度的關(guān)系、輸出電壓與溫度和輸出電流的關(guān)系等。

七、詳細(xì)工作原理

1. 工作模式

• 中重負(fù)載條件：采用固定頻率PWM模式，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。
• 輕負(fù)載條件：采用強(qiáng)制PWM模式，避免聲學(xué)噪聲和開關(guān)頻率干擾。

  2. 輸入欠壓鎖定（UVLO）

  當(dāng)輸入電壓低于典型值3.94V（滯回160mV）時，欠壓鎖定電路會阻止設(shè)備工作；當(dāng)輸入電壓上升超過4.1V（典型值）時，設(shè)備重新啟動。

  3. 使能與禁用

  當(dāng)啟動時輸入電壓超過最小輸入電壓且EN電壓高于其邏輯高閾值時，SGM6613A被使能；當(dāng)EN電壓低于其邏輯低閾值時，進(jìn)入關(guān)斷模式。

  4. 啟動過程

• 采用軟啟動功能，在預(yù)充電階段以固定的500kHz開關(guān)頻率將輸出電壓充電至(1.1×V_{IN})。
• 預(yù)充電階段（典型值2.7ms）結(jié)束后，輸出電壓逐漸線性上升至目標(biāo)值，軟啟動時間典型值為11ms。
• 之后，開關(guān)頻率由通過FREQ引腳連接的電阻設(shè)置。

  5. 可調(diào)峰值電流限制

  為避免意外的大峰值電流，采用內(nèi)部逐周期電流限制。通過連接電阻到ILIM引腳可以設(shè)置峰值電流限制。

  6. 可調(diào)開關(guān)頻率

  開關(guān)頻率最高可達(dá)700kHz，由連接在FREQ引腳和AGND引腳之間的外部電阻(R{FREQ})設(shè)置。計算公式為(T=frac{1}{f{FREQ}}=k×C{FREQ}×R{FREQ}+t{DELAY})，其中(t{DELAY}=200ns)，(k = 3)，(C_{FREQ}=1.8pF)。

  7. 帶預(yù)偏置輸出的啟動

  如果在啟動前檢測到輸出端有預(yù)偏置電壓，低端開關(guān)將被禁止導(dǎo)通和放電輸出。只要內(nèi)部軟啟動電壓高于(V_{FB})，低端開關(guān)就允許吸收電流，實(shí)現(xiàn)帶預(yù)偏置輸出的單調(diào)啟動。

  8. 自舉電壓（BOOT）

  在BOOT引腳和SW引腳之間連接一個小陶瓷電容（推薦值大于0.1μF），為高端MOSFET設(shè)備的柵極提供充電電流，并為自舉電容充電。

  9. 過壓保護(hù)（OVP）

  提供30.2V（典型值）的OVP閾值，當(dāng)輸出電壓超過該閾值時，設(shè)備立即停止開關(guān)，直到VOUT引腳電壓下降到輸出OVP閾值以下600mV。

  10. 熱關(guān)斷

  內(nèi)部溫度監(jiān)控器可防止芯片因過熱而損壞。當(dāng)芯片溫度超過150℃（典型值）時，設(shè)備停止開關(guān)；當(dāng)溫度下降到130℃（典型值）以下時，設(shè)備恢復(fù)工作。

八、應(yīng)用信息

1. 典型應(yīng)用

以5V輸入、28.5V輸出的轉(zhuǎn)換器為例，給出了詳細(xì)的電路設(shè)計和元件參數(shù)。

2. 設(shè)計要求

• 輸入電壓范圍為4.5V至22V，輸出電壓為28.5V，輸出紋波電壓為±3%。

  3. 元件選擇

• 電感：推薦了多種電感型號，如744325180（1.8μH）、74437368033（3.3μH）等，并給出了其相關(guān)參數(shù)。
• 電容：輸出電容推薦使用3 × 22μF X5R或X7R MLCC電容并聯(lián)；輸入電容推薦使用22μF；自舉電容推薦使用0.047μF - 0.1μF，本設(shè)計中使用0.1μF；(C_{VCC})推薦使用1μF - 4.7μF，本設(shè)計中使用4.7μF。

  4. 參數(shù)設(shè)置

• 峰值電流限制：通過外部電阻設(shè)置，為保證安全，推薦選擇比計算值小約10%的電阻。例如，設(shè)置6.8A的電流限制，計算值為107kΩ，實(shí)際選擇93.6kΩ。
• 輸出電壓：通過電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，計算公式為(V{OUT}=V{FB}×(1+frac{R{UP}}{R{DOWN}}))。例如，設(shè)置28.5V的輸出電壓，選擇(R{DOWN})約為80.6kΩ，(R{UP})為1.83MΩ。

  5. 布局指南

• 對于開關(guān)電源，尤其是高頻高電流的電源，布局非常重要。應(yīng)使用寬而短的走線用于高電流路徑，將輸入電容盡可能靠近VIN引腳和GND引腳，SW引腳的連接應(yīng)盡可能短而寬，輸出電容應(yīng)靠近VOUT引腳，敏感信號（如FB、COMP）的走線應(yīng)遠(yuǎn)離SW走線，且其接地應(yīng)與功率地分開。

九、封裝信息

1. 封裝尺寸

采用TQFN - 3×3.5 - 13L封裝，并給出了詳細(xì)的封裝尺寸和推薦焊盤尺寸。

2. 編帶和卷盤信息

包括卷盤尺寸、編帶尺寸和關(guān)鍵參數(shù)列表。

3. 紙箱尺寸

給出了13″卷盤對應(yīng)的紙箱尺寸。

十、總結(jié)

SGM6613A是一款性能卓越的同步升壓轉(zhuǎn)換器，具有寬輸入輸出電壓范圍、高電流輸出能力、多重保護(hù)功能等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師可以根據(jù)具體需求合理選擇元件參數(shù)和設(shè)置相關(guān)功能，同時注意布局設(shè)計，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。大家在使用SGM6613A的過程中，有沒有遇到過一些特殊的問題或者有什么獨(dú)特的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)?zāi)兀繗g迎在評論區(qū)分享交流。