SGM6601低功耗DC - DC升压转换器：特性、应用与设计要点

在电子设备的电源管理领域，高性能、低功耗的升压转换器一直是工程师们关注的焦点。今天，我们就来详细探讨一下圣邦微电子（SG Micro Corp）推出的SGM6601低功耗DC - DC升压转换器。

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一、产品概述

SGM6601是一款高频升压转换器，输入电压范围为1.8V至5.5V，非常适合中小尺寸LCD偏置电源和白色LED背光源供电等应用。其开关频率最高可达1MHz，支持陶瓷输出电容和钽输出电容。内部400mA的开关电流限制可提供低输出电压纹波，典型静态电流仅为20μA，配合优化的控制方案，能在整个负载电流范围内实现极高的效率。该器件的可调输出电压在使用双节镍氢/镍镉电池或单节锂离子电池时，理想情况下最大可达38V，还能实现标准的3.3V/5V到12V的电源转换。

二、产品特性

2.1 宽输入输出范围

• 输入电压范围为1.8V至5.5V，能适应多种电源供电。
• 可调输出电压最大可达38V，满足不同应用场景对高电压的需求。

2.2 高频开关与低纹波

• 最高1MHz的开关频率，允许使用小型外部元件。
• 400mA的内部开关电流限制，有效降低输出电压纹波。

2.3 低功耗设计

• 典型静态电流20μA，关机电流仅0.1μA，大大降低了功耗。

2.4 温度适应性强

工作温度范围为 - 40℃至 + 85℃，能在较恶劣的环境下稳定工作。

2.5 多种封装形式

提供TDFN - 2×2 - 6L和TSOT - 23 - 5两种封装，方便不同的PCB布局需求。

三、应用领域

SGM6601的应用十分广泛，常见于以下设备：

• LCD偏置电源：为LCD提供稳定的偏置电压，保证显示效果。
• LCD背光源白色LED供电：满足白色LED的供电需求，实现均匀的背光效果。
• 移动电话：为手机中的各种模块提供合适的电源。
• 音频播放器：确保音频电路的稳定供电，提升音质。
• 数码相机：为相机的图像传感器、显示屏等提供电源。
• PDA和手持PC：满足手持设备对电源的高要求。

四、典型应用电路

典型应用电路中，需要注意以下元件的选择：

• 电感L1：推荐值为10μH，电感的选择对电路性能有重要影响，后面会详细介绍。
• 输入电容CIN：选择4.7μF的电容，可有效减少输入电源的纹波。
• 输出电容COUT：采用1μF电容，有助于稳定输出电压。

五、参数详情

5.1 绝对最大额定值

• 输入电源电压范围为 - 0.3V至6V。
• EN和FB引脚电压范围为 - 0.3V至VIN。
• SW开关电压最大为40V。
• 工作温度范围 - 40℃至 + 85℃，结温最大为150℃。
• 储存温度范围 - 65℃至 + 150℃。

5.2 引脚配置与功能

引脚名称	TDFN - 2x2 - 6L引脚	TSOT - 23 - 5引脚	功能
SW	6	1	开关引脚，连接内部功率MOSFET的漏极，与电感和肖特基二极管相连
GND	1	2	接地
FB	4	3	反馈引脚，通过外部分压器设置所需输出电压
EN	3	4	使能引脚，接地时器件进入关机模式，不能悬空
VIN	2	5	电源输入，需用电容与GND紧密去耦
NC	5		无连接
外露焊盘	GND		电源接地外露焊盘，必须连接到GND

5.3 电气特性

在不同条件下，SGM6601的各项电气参数表现如下：

• 电源电流：输入电压范围1.8V至5.5V，关机电流典型值0.1μA，工作静态电流典型值20μA。
• 使能特性：EN输入高电压为1.3V，低电压最大为0.4V，输入泄漏电流典型值0.1μA。
• 功率开关与电流限制：最大开关电压39V，最小关断时间270ns至570ns，最大导通时间4μs至8.5μs，MOSFET导通电阻典型值660mΩ，开关电流限制典型值400mA。
• 输出特性：可调输出电压范围为VIN至38V，反馈参考电压典型值1.229V，输出电压线性调整率典型值0.04%/V，负载调整率典型值0.15%/mA。

六、工作原理

6.1 峰值电流控制

当电感电流达到400mA（典型值）时，SGM6601关闭低侧（LS）FET。电流限制比较器的传播延迟在开关过程中会产生100ns（典型值）的延迟时间，实际峰值电流可通过公式 (I{PEAK (TYP)}=I{LIM}+frac{V{IN}}{L} × 100 ns) 计算，其中 (I{LIM}=400 mA)。

6.2 软启动

为了减少启动时的浪涌电流，SGM6601集成了软启动功能。设备启用时，电流限制阈值逐渐增加，在256个开关周期内，电流限制被钳位在 (I{LIM})（典型值）的1/3，再经过256个开关周期，释放到 (I{LIM})（典型值）的1/2，最后达到完整的 (I_{LIM})（典型值）。

6.3 使能控制

当EN引脚拉低时，SGM6601的关机电流为0.1μA（典型值）。此时，输入电压将通过高端整流二极管旁路到输出。注意，不要让EN引脚浮空。

6.4 欠压锁定

SGM6601的输入欠压锁定阈值为1.5V。当施加到VIN引脚的输入电压低于1.5V时，设备将保持关闭状态。

6.5 热关断

为防止过热和功率耗散造成的损坏，该器件具备热关断功能。当结温超过 + 155℃（典型值）时，设备将关闭，当结温下降20℃时，设备自动恢复工作。

七、应用设计要点

7.1 电感选择

SGM6601的输出电压调节架构本身是稳定的，电感值不影响设备的稳定性，但负载电流和转换比会影响开关频率。推荐的电感值范围为2.2μH至47μH。所选电感应确保LS导通时间不超过6μs（典型值）的最大导通时间，并且在6μs内达到400mA（典型值）的峰值电流。最大开关频率可通过公式 (f{S(MAX)}=frac{V{IN(MIN)} timesleft(V{OUT }-V{IN}right)}{I{P} × L × V{OUT }}) 计算，实际开关频率可通过公式 (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}) 计算，最大可用负载电流可通过公式 (LOAD(MAX) =eta frac{I{p}^{2} × L × f{S(M A X)}}{2 timesleft(V{OUT }-V_{I N}right)}) 计算。同时，电感的饱和额定值应高于400mA（典型值）的峰值电流限制，低直流电阻的电感可提高转换效率。

7.2 输出电压设置

通过在FB引脚上连接电阻分压器来设置SGM6601的输出电压，公式为 (V{OUT }=1.229 V timesleft(1+frac{R 1}{R 2}right))，其中R2推荐值小于200kΩ，R1最大值小于2.2MΩ。为提高稳定性，建议在R1上并联一个前馈电容，其电容值可通过公式 (C{F F}=frac{1}{2 × pi × frac{f_{s}}{20} × R 1}) 计算。

7.3 线路和负载调节

SGM6601的FB引脚需要45mV的峰 - 峰电压纹波才能实现良好的线路调节。对于总输出电容受限的应用，建议使用前馈电容来增加耦合到FB引脚的电压纹波。使用小电感值可提高开关频率，从而降低输出电压纹波和反馈引脚的电压纹波。此外，在底部反馈电阻上并联一个电容可将反馈引脚的电压纹波降低到45mV。

7.4 EN引脚保护

在某些情况下，如热插拔或热插入时，电源输入VIN可能会出现非常高的电压尖峰（> (2 ×V_{IN })）。为防止SGM6601被高压尖峰损坏并在通电时保护EN引脚，建议在EN和VIN之间添加一个上拉电阻（>1kΩ），而不是直接连接。

7.5 输出电容选择

推荐在SGM6601的输出端使用低ESR陶瓷电容。正常工作时的输出电压纹波可通过公式 (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 输入电容

升压转换器的输入电容在整个开关周期内会有连续电流。建议在SGM6601的VCC引脚和GND引脚之间尽可能靠近地放置一个4.7µF的陶瓷电容。对于SGM6601远离输入源的应用，建议使用47µF或更高电容值的电容来抑制线束电感。

7.7 肖特基二极管选择

外部整流二极管的选择对确保设备性能至关重要。建议使用高速、低正向压降的二极管以提高效率。二极管的平均电流额定值应高于峰值负载，击穿电压应高于编程输出电压并有一定余量。

7.8 布局准则

除了元件选择，布局对于确保任何开关模式电源的性能也至关重要。不良的布局可能导致系统不稳定、EMI故障和设备损坏。因此，应将电感、输入和输出电容尽可能靠近IC放置，使用宽而短的走线来最小化PCB电感。对于升压转换器，输出电容从Vout引脚回到设备GND引脚的电流环路应尽可能小。

八、总结

SGM6601低功耗DC - DC升压转换器以其宽输入输出范围、高频开关、低功耗等特性，为电子设备的电源管理提供了优秀的解决方案。在实际应用中，工程师需要根据具体的设计要求，合理选择元件，并注意布局和布线，以充分发挥SGM6601的性能优势。你在使用SGM6601的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。