SGM6602：20V输出电压升压转换器的详细解析

在电子设计领域，升压转换器是实现电源电压提升的关键组件。SG Micro Corp推出的SGM6602 20V输出电压升压转换器，因其高性能和丰富的特性，在众多应用场景中展现出独特的优势。下面，我们就对SGM6602进行全面的剖析。

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一、产品概述

SGM6602是一款完全集成的同步升压转换器，集成了一个20V的主电源开关和一个输入/输出隔离开关。当SGM6602处于关断模式时，隔离开关可实现真正的负载断开，有效减少漏电流。该转换器能够在1.8V至5.5V的输入电压下启动，可提供高达20V的输出电压，非常适合用于PMOLED面板偏置以及需要小尺寸解决方案的高电压应用。

二、产品特性

1. 宽输入电压范围：支持1.8V至5.5V的工作输入电压范围，能适应多种电源环境。
2. 高输出电压与效率：最高可输出20V电压，在3.6V输入和12V输出时，效率高达85%。
3. 大开关电流：典型开关电流为900mA，能满足较大功率的负载需求。
4. 软启动功能：内部具有5ms的软启动时间，可减少启动时的电流冲击。
5. 超低关断电流：关断电流小于1μA，有助于降低功耗。
6. 集成隔离开关：实现输入和输出在关断时的断开，增强了系统的安全性。
7. 轻载节能模式：具备轻载时的节能模式，提高了能源利用效率。
8. 多重保护功能：拥有输出短路保护、过压保护和热关断等功能，提升了设备的可靠性。
9. 多种封装形式：提供Green WLCSP - 0.8×1.2 - 6B和TDFN - 2×2 - 6AL两种封装，方便不同的设计需求。

三、应用领域

SGM6602的应用范围广泛，主要包括以下几个方面：

1. PMOLED和传感器电源：为PMOLED面板和各类传感器提供稳定的高电压电源。
2. 可穿戴设备：满足可穿戴设备对小尺寸、低功耗和高电压的需求。
3. 便携式医疗设备：为便携式医疗设备提供可靠的电源支持。

四、典型应用电路

SGM6602的典型应用电路如图1所示，需要注意各元件的参数选择，如输入电容CIN为1.0μF，输出电容COUT为10μF等。这些元件的合理选择对于电路的性能至关重要，大家在设计时可以思考如何根据实际需求调整元件参数以达到最佳性能。

五、电气特性

电源相关参数

• 欠压锁定阈值（VIN_UVLO）：典型值为1.52V，当输入电压上升到该值时，芯片开始正常工作。
• 欠压锁定迟滞（VIN_HYS）：典型值为150mV，有助于防止芯片在临界电压附近频繁开关。
• 静态电流（IQ_VIN）：在芯片启用且无负载、无开关动作时，典型值为41μA。
• 关断电流（ISD）：在芯片禁用时，最大为1μA。

输出相关参数

• 12V输出电压精度（VOUT_12V）：在FB引脚连接到VIN引脚时，输出电压在11.64V至12.36V之间。
• 9V输出电压精度（VOUT_9V）：范围在8.73V至9.27V。
• 反馈电压（VFB）：在PWM模式下，典型值为0.795V。
• 输出过压保护阈值（VOVP）：典型值为21.5V，当输出电压超过该值时，芯片会启动过压保护。
• 过压保护迟滞（VOVP_HYS）：典型值为1.4V。

功率开关相关参数

• 隔离MOSFET导通电阻（RDS(ON)）：WLCSP - 0.8×1.2 - 6B封装下典型值为975mΩ，TDFN - 2×2 - 6AL封装下典型值为955mΩ。
• 低端MOSFET导通电阻：WLCSP - 0.8×1.2 - 6B封装下典型值为515mΩ，TDFN - 2×2 - 6AL封装下典型值为485mΩ。
• 开关频率（fSW）：在VIN = 3.6V、VOUT = 12V的PWM模式下，典型值为1.1MHz。
• 峰值开关电流限制（ILIM_SW）：典型值为900mA。
• 软启动时间（tSTART - UP）：从输入电压到12V输出的软启动时间典型值为5ms。

逻辑接口相关参数

• EN逻辑高阈值（VEN_H）：典型值为1.2V，当EN引脚电压高于该值时，芯片启用。
• EN逻辑低阈值（VEN_L）：典型值为0.3V，当EN引脚电压低于该值时，芯片禁用。

保护相关参数

• 热关断阈值（TSD）：典型值为160℃，当芯片温度超过该值时，会启动热关断保护。
• 热关断迟滞（TSD_HYS）：典型值为20℃，当芯片温度下降20℃后，热关断保护解除。

六、典型性能特性

效率与输出电流关系

在不同输入电压下，效率随输出电流的变化曲线如图所示。可以看出，在一定的输出电流范围内，效率较高，且不同输入电压下的效率曲线有所差异。大家可以思考如何根据实际负载电流选择合适的输入电压以提高效率。

输出电压与温度关系

9V和12V固定输出电压随温度的变化曲线显示，输出电压在一定温度范围内保持相对稳定。但在温度变化较大时，输出电压会有一定的波动，这在实际应用中需要考虑。

静态电流与温度和输入电压关系

静态电流随温度和输入电压的变化曲线可以帮助我们了解芯片在不同条件下的功耗情况。在设计低功耗系统时，这是一个重要的参考因素。

开关波形

不同工作模式下（PWM CCM、PWM DCM、节能模式等）的开关波形展示了芯片在不同负载条件下的工作状态。通过分析这些波形，可以更好地理解芯片的工作原理和性能。

七、应用信息

输出电压设置

SGM6602有两种输出电压设置方式：

1. 固定输出电压：将FB引脚连接到输入电压，可通过订购不同的型号设置为固定的9V或12V输出电压。这种方式可以减少分压电阻，减小PCB尺寸和BOM成本。
2. 可编程输出电压：通过外部电阻分压器可将输出电压编程至最高20V。计算公式为(R{1}=(frac{V{OUT}}{V{FB}} - 1) × R{2})，其中(V{FB}=0.795V)。为了获得最佳精度，建议(R{2})值不大于80kΩ，较小的(R{2})值可提高抗噪声能力，较大的(R{2})值可降低静态电流和提高轻载效率。

元件选择

1. 电感选择：SGM6602支持4.7μH至10μH的电感值。电感的选择需要在尺寸、成本、效率、瞬态响应和环路稳定性等方面进行权衡。可根据公式计算电感的直流电流、纹波电流和峰值电流。一般建议纹波电流低于平均电感电流的40%，较大的电感值可降低输出纹波电压和EMI，但会稍微降低瞬态响应；较小的电感值可减小尺寸，但会增加电感的交流损耗。推荐的电感型号如FDSD0420 - H - 100M、CDRH3D23/HP等。
2. 输入电容选择：对于大多数应用，大于1.0μF的陶瓷电容即可满足需求。
3. 输出电容选择：输出电容主要根据规格要求的输出纹波来选择。可根据公式(C{OUT}=frac{I{OUT} × D{max}}{f{SW} × V_{RIPPLE}})计算所需的最小电容值。同时，需要考虑电容的ESR对输出纹波的影响，推荐的有效输出电容范围为4.7µF至10µF。

电源供应建议

SGM6602可在1.8V至5.5V的输入电压范围内工作。通常，输入电源应稳定且靠近转换器。对于输入源距离较远的特殊应用，可能需要额外的47µF以上的电解或钽电容。输入电源的输出电流需要满足SGM6602的供电电压、输出电压和输出电流要求。

布局指南

布局对于开关电源的性能至关重要。应将电感、输入和输出电容尽可能靠近IC放置，连接SW引脚的所有走线应短且面积小。通常在开关稳压器下方放置接地平面以减少层间耦合。对于升压转换器，输出电容从VOUT引脚回到GND引脚的电流回路应尽可能小。

八、封装信息

SGM6602提供WLCSP - 0.8×1.2 - 6B和TDFN - 2×2 - 6AL两种封装，文中给出了详细的封装外形尺寸、推荐焊盘图案、编带和卷盘信息以及纸箱尺寸等，方便工程师进行设计和生产。

总之，SGM6602是一款性能优异的升压转换器，在设计过程中，工程师需要根据具体的应用需求，合理选择元件参数和布局方式，以充分发挥其性能优势。大家在实际应用中遇到过哪些关于升压转换器的问题呢？欢迎一起交流探讨。