SGM66099A：超低静态电流同步升压转换器的卓越之选

在电子设备的设计中，电源管理模块的性能直接影响着整个系统的效率、稳定性和续航能力。今天，我们就来深入了解一款由SGMICRO推出的超低静态电流同步升压转换器——SGM66099A。

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一、产品概述

SGM66099A是一款专为锂离子电池供电系统设计的同步升压转换器，其在紧凑尺寸和延长电池续航方面表现出色。该转换器的输入电压范围为0.7V至5.5V，非常适合锂锰电池、镍氢电池和锂离子可充电电池。其典型静态电流仅为0.6μA，能最大程度提高轻载效率，有效延长电池的使用时间。此外，它能够在3.3V至5V的电压转换中提供300mA的输出电流，在200mA负载下效率高达93%。

二、产品特性

2.1 宽输入输出电压范围

• 输入电压：支持0.7V至5.5V的输入电压范围，能适应多种电池类型和不同的电源环境。
• 输出电压：提供可调输出电压版本（1.8V至5.5V）以及固定输出电压版本（2.5V、3.0V、3.3V、3.6V和5.0V），满足不同应用场景的需求。

2.2 超低静态电流

• 静态电流：典型值为0.6μA，有效降低了系统的功耗，提高了轻载效率。
• 输出引脚电流：流入VOUT引脚的超低电流典型值为0.07μA，进一步减少了能量损耗。

2.3 高效转换

在10mA至300mA的负载范围内，效率最高可达93%，能有效减少能量损失，提高电池的使用效率。

2.4 固定频率操作

采用1.2MHz的固定频率操作，减少了电磁干扰（EMI），提高了系统的稳定性。

2.5 节能模式

具备电源节省模式，在低输出功率时能进一步提高效率，延长电池寿命。

2.6 多种保护功能

集成了过流保护、过压保护和热关断等多种保护功能，同步整流器还支持短路保护，提高了设备的可靠性和稳定性。

三、应用领域

SGM66099A的应用范围广泛，包括但不限于以下几个方面：

3.1 LCD偏置

为液晶显示屏提供稳定的偏置电压，确保显示屏的正常显示。

3.2 光学心率监测器

为光学心率监测器提供稳定的电源，保证监测数据的准确性。

3.3 LED偏置

为LED灯提供合适的偏置电压，实现高效的照明效果。

3.4 便携式和可穿戴设备

由于其低功耗和小尺寸的特点，非常适合用于便携式和可穿戴设备，延长设备的续航时间。

3.5 低功耗无线应用

为低功耗无线设备提供稳定的电源，确保无线通信的稳定运行。

3.6 电池供电系统

适用于各种电池供电的系统，提高电池的使用效率，延长电池的使用寿命。

四、典型应用电路

其典型应用电路如图1所示，通过合理选择外部元件，可以实现不同的输出电压和电流。在实际设计中，需要根据具体的应用需求进行参数调整。

五、封装与订购信息

SGM66099A提供了Green WLCSP - 0.85×1.32 - 6B和TDFN - 2×2 - 6AL两种封装形式，满足不同的安装需求。不同型号的产品在温度范围、订购编号、封装标记和包装选项等方面有所不同，具体信息可参考文档中的表格。

六、详细工作原理

6.1 启动与使能

当EN引脚为高电平时，SGM66099A启动；为低电平时，设备停止工作，输出电压与输入电压完全断开，此时关机电流小于0.4μA。在启动过程中，设备能够在0.8V（典型值）的输入电压和大于3kΩ的负载下启动。初始启动阶段，输出电压通过高端PMOS以300mA（典型值）的预充电电流达到输入电压；预充电阶段后，当Vout低于1.77V时，输出电压在自由运行模式下充电至1.77V；当输出电压高于1.77V时，设备进入闭环控制模式。

6.2 过流和短路保护

在过流事件发生时，SGM66099A采用逐周期电流限制，当达到电流限制阈值时，控制环路会限制电感电流，防止其进一步增加。当Vout低于2.3V时，设备进入折返电流限制模式，电流限制降低至约750mA；当输出电压接近输入电压时，设备进入降压模式，峰值电流限制为560mA（典型值）；当输出电压低于1.65V（典型值）时，设备尝试重新启动。在输出短路到地的情况下，当输出电压降至0.7V以下，设备进入直通模式，将电流限制降低至约300mA以减少功耗；短路条件消除后，设备恢复运行并进行软启动以调节设定的输出电压。

6.3 过压保护

SGM66099A集成了过压保护（OVP）功能，当可调版本的OVP阈值达到5.8V或固定输出电压版本达到5.3V时，设备停止开关操作。同时，设备实现了100mV的OVP迟滞，当输出电压低于OVP阈值100mV时，设备恢复开关操作。如果FB引脚持续短路到地，可调输出电压版本的OVP阈值将从5.8V降至5.3V。此外，SGM66099A会监测FB引脚电压，当VFB > 1.1 × VREF时，开关操作终止；当FB引脚电压降至1.07 × VREF时，恢复正常开关操作。

6.4 轻载节能模式

在轻载条件下，SGM66099A进入电源节省模式，进一步提高系统效率。

6.5 降压模式和直通模式

当输入电压高于输出电压时，SGM66099A具有降压模式和直通模式。在降压模式下，即使输入电压超过输出电压，设备仍能保持目标输出电压，通过动态调整高端PMOS的VGS来控制电感电流，减少功耗。在直通模式下，开关动作停止，高端PMOS的栅极接地，低端开关保持关闭，输出电压等于输入电压减去电感的直流电阻（DCR）和高端PMOS的导通电阻上的电压降。随着输入电压的升高，当输入电压比输出电压低80mV（典型值）时，设备进入降压模式；当输入电压超过输出电压270mV（典型值）时，设备自动进入直通模式；当输入电压降至目标输出电压的101%（典型值）时，设备退出直通模式并回到降压模式；当输入电压降至输出电压以下150mV（典型值）时，设备恢复升压模式。

6.6 热关断

为防止过热和功耗过大对设备造成损坏，SGM66099A实现了热关断功能。当温度超过145°C（典型值）时，设备关机；当结温降至25°C时，设备自动恢复工作。

七、应用设计要点

7.1 输出电压编程

对于可调输出电压版本，可以使用外部电阻分压器R1和R2来编程输出电压。VREF典型值为1.0V，计算公式为：[V{OUT }=V{REF } × frac{R{1}+R{2}}{R_{2}}] 为了减少FB引脚泄漏电流对输出电压精度的影响，流经R2的电流应是FB引脚泄漏电流的100倍。建议选择±1%精度的电阻R1和R2以提高输出电压的准确性。对于固定输出电压版本，将FB引脚连接到GND或保持浮空。

7.2 最大输出电流计算

SGM66099A的最大输出负载能力取决于最小期望输入电压和设备的电流限制。可以使用相关公式计算最大负载电流，在最坏情况下的分析中，应使用最小输入电压、最大升压输出电压和最小电流限制（ILIM）。

7.3 电感选择

电感的选择对开关模式电源的性能至关重要，它会影响电源的瞬态响应、环路稳定性、效率和稳态运行。该设备的内部补偿针对1μH和2.2μH的电感进行了优化。当Vout高于3V时，应选择2.2μH的电感；当Vout低于3V时，应选择1μH的电感。

7.4 电容选择

• 输入电容：升压转换器的输入电容不仅可以最小化输入电压纹波，还能减少IC的VIN引脚上的电压尖峰。建议使用10μF、低ESR和X5R或更高温度系数的陶瓷电容，并尽可能靠近VIN和GND引脚放置，以提高瞬态响应和EMI性能。
• 输出电容：输出电容对于确保系统的良好性能起着重要作用。输出电容的位置会影响SW引脚上的开关尖峰，进而影响EMI性能，并可能因大的开关尖峰损坏IC。因此，应将陶瓷电容尽可能靠近设备的VOUT和GND引脚放置。由于升压拓扑存在右半平面零点，且输出电容会设置电流模式控制方法的转换器的转折频率，因此选择较大的电感时，应使用较大的输出电容。该设备的内部补偿针对1μH至2.2μH的电感值进行了优化，输出电容的最小标称值为20μF。增加输出电容可以减少PWM模式下的输出纹波。同时，由于陶瓷电容的直流偏置效应，需要验证偏置电压下的有效电容值。

7.5 布局设计

除了元件选择，布局设计也是确保开关模式电源性能的关键步骤。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，并使用宽而短的走线来承载电流，以最小化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

SGM66099A作为一款超低静态电流同步升压转换器，凭借其宽输入输出电压范围、超低静态电流、高效转换、多种保护功能和灵活的工作模式，在电池供电系统中具有显著的优势。在实际应用中，通过合理选择外部元件和优化布局设计，可以充分发挥其性能，为各种电子设备提供稳定、高效的电源解决方案。各位工程师在设计时，不妨考虑一下这款优秀的升压转换器，相信它会给你的项目带来意想不到的效果。你在使用同步升压转换器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。