深入剖析LM2621：低输入电压升压DC - DC转换器的卓越之选

在电子设备不断追求小型化、低功耗的今天，电源管理芯片的性能和特性显得尤为重要。LM2621作为一款专为电池供电和低输入电压系统设计的高效升压DC - DC转换器，凭借其独特的性能优势，在众多应用场景中崭露头角。本文将深入剖析LM2621的各项特性、应用场景以及设计要点，为电子工程师们提供全面的参考。

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一、LM2621的核心特性

1. 封装优势

LM2621采用小巧的VSSOP8封装，仅为标准8引脚SOIC封装面积的一半，高度仅1.09mm。这种紧凑的封装设计使得它在对空间要求极高的应用中具有显著优势，如便携式设备、可穿戴设备等。

2. 宽输入输出电压范围

输入电压范围为1.2V至14V，输出电压可在1.24V至14V之间灵活调节。这使得它能够适应多种不同的电源环境和负载需求，无论是单节电池供电还是多节电池组合，都能稳定工作。

3. 高效性能

内部集成0.17Ω的N沟道MOSFET功率开关，最高效率可达90%。在不同的负载条件下，都能保持较高的转换效率，有效延长电池续航时间。同时，其高达2MHz的开关频率，允许使用小型的表面贴装电感和电容，进一步减小了电路体积。

4. 低功耗特性

采用BiCMOS工艺技术，典型工作电流仅80µA，在关机模式下，电源电流小于2.5µA。这种低功耗特性使得LM2621在电池供电的设备中表现出色，能够有效降低系统功耗，延长电池使用寿命。

二、应用场景广泛

1. 便携式设备

在PDAs、手机、双向寻呼机、掌上电脑等便携式设备中，LM2621的小尺寸、高效率和低功耗特性使其成为理想的电源转换解决方案。它能够为设备提供稳定的电源，同时延长电池续航时间，满足用户对设备便携性和长续航的需求。

2. 存储卡与闪存编程

PCMCIA卡、存储卡以及闪存编程等应用需要稳定的电源供应。LM2621的宽输入输出电压范围和高效性能，能够为这些设备提供可靠的电源支持，确保数据的稳定读写和存储。

3. TFT/LCD显示

在TFT/LCD应用中，LM2621可以将低电压转换为适合显示屏工作的电压，为显示屏提供稳定的电源，保证显示效果的清晰和稳定。

4. GPS设备

GPS设备需要在不同的电源环境下稳定工作，LM2621的宽输入电压范围和高效性能能够满足GPS设备的电源需求，确保设备在各种环境下都能正常工作。

三、引脚配置与功能

PIN	NAME	TYPE (1)	DESCRIPTION
1	PGND	GND	电源地
2	EN	I	低电平有效关机输入
3	FREQ	A	频率调节，通过连接外部电阻与VDD引脚设置开关频率
4	FB	A	输出电压反馈
5	SGND	GND	信号地
6	VDD	PWR	内部电路电源
7	BOOT	PWR	内部MOSFET功率开关栅极驱动的自举电源
8	SW	PWR	内部MOSFET功率开关的漏极

四、关键规格参数

1. 绝对最大额定值

• SW引脚电压：-0.5V至14.5V
• BOOT、VDD、EN和FB引脚：-0.5V至10V
• FREQ引脚电流：最大100µA
• 功率耗散（TA = 25°C）：最大500mW
• 最大结温：150°C
• 引脚焊接温度（5秒）：260°C
• 存储温度：-65°C至150°C

2. 推荐工作条件

• VDD：2.5V至5V
• FB：0V至VDD
• EN：0V至VDD
• BOOT：0V至10V
• 环境温度：-40°C至85°C

3. 电气特性

• 最小启动电源电压：1.1V（空载），1.2V（-40°C至85°C，空载）
• 最小工作电源电压（启动后）：0.65V（空载）
• FB引脚电压：1.24V（25°C），1.2028V至1.2772V（-40°C至85°C）
• 最大输出电压：14V
• 迟滞电压：30mV（25°C），45mV（-40°C至85°C）
• 效率：在不同输入输出电压和负载电流条件下，最高可达87%
• 开关占空比：70%（25°C），60%至80%（-40°C至85°C）
• 工作静态电流：80µA（FB引脚 > 1.3V，EN引脚接VDD），最大110µA（-40°C至85°C）
• 关机静态电流：0.01µA（VDD、BOOT和SW引脚为5.0V，EN引脚 < 200mV），最大2.5µA（-40°C至85°C）
• 开关峰值电流限制：2.85A

五、详细工作原理

1. 门控振荡器控制方案

LM2621采用独特的门控振荡器控制方案，能够实现超低静态电流，并在宽负载范围内保持高效率。内部振荡器的开关频率可通过外部电阻编程，范围为300kHz至2MHz。该控制方案通过一个迟滞窗口来调节输出电压，当输出电压低于窗口上限时，LM2621以固定的70%占空比连续开关；当输出电压达到窗口上限时，停止开关；当输出电压降至窗口下限时，再次开始连续开关。这种控制方式使得静态电流极低，在轻负载时比传统PWM控制方案具有更高的效率。

2. 低电压启动

LM2621能够在低至1.1V的输入电压下启动。启动时，控制电路以70%的占空比连续开关N沟道MOSFET，直到输出电压达到2.5V。之后，正常的升压调节器反馈和门控振荡器控制方案开始工作。一旦设备进入稳定状态，它可以在低至0.65V的输入电压下继续工作，因为IC的内部电源可以通过VDD引脚从输出端自举获得。

3. 输出电压纹波频率

输出电压纹波的主要成分是由门控振荡器控制方案中的迟滞引起的。纹波频率与负载电流成正比，但由于振荡器的开关频率可通过外部电阻设置高达2MHz，因此不需要使用较大的电感和电容来减小纹波。

4. 内部电流限制和热保护

内部逐周期电流限制作为一种保护功能，典型值为2.85A，最大值约为4A，在正常工作条件下不会起作用。内部热保护电路在结温超过约160°C时禁用MOSFET功率开关，当结温降至约135°C时重新启用。

六、应用设计要点

1. 升压DC - DC转换器设计

输出电压设置

通过连接由R F1 和R F2 组成的反馈电阻分压器，可以将升压调节器的输出电压设置在1.24V至14V之间。建议R F1 取值为150kΩ，然后根据公式 (R{F 2}=R{F 1}left/ left( V_{OUT }/ 1.24right) -1right]) 选择R F2 的值。在R F1 两端连接一个39pF的电容C F1 ，有助于将输出电压的交流纹波反馈到FB引脚，从而减小输出电压纹波并提高升压调节器的效率。

自举操作

当输出电压在2.5V至5.0V之间时，建议采用自举操作，即将VDD引脚连接到输出端。如果输出电压不在此范围内，VDD引脚应连接到一个2.5V至5V的电压源，可以是输入电压、通过线性调节器降压后的输出电压或系统中其他可用的电压源。BOOT引脚的最大可接受电压为10V。

开关频率设置

通过选择连接在FREQ和VDD引脚之间的外部电阻R FQ 来设置振荡器的开关频率。建议开关频率在300kHz至2MHz之间，较高的开关频率允许使用小型的表面贴装电感和电容，从而减小解决方案的尺寸。

电感选择

LM2621的高开关频率允许使用小型表面贴装电感，建议选择6.8µH的屏蔽电感。电感的饱和电流额定值应高于电路运行期间的峰值电流，ESR应小于100mΩ以确保高效率。应避免使用开放式磁芯电感，建议选择具有高频磁芯材料（如铁氧体）的电感，以减少磁芯损耗。为了最小化辐射噪声，应使用环形、罐形或屏蔽磁芯电感，并将电感尽可能靠近IC连接到SW引脚。

输出二极管选择

输出二极管应使用肖特基二极管，其正向电流额定值应高于负载电流，反向电压额定值应高于输出电压。避免使用普通整流二极管，因为其开关速度慢和恢复时间长会导致效率和负载调节性能下降。

输入和输出滤波电容选择

建议使用钽电容作为输入和输出滤波电容。输入滤波电容建议选择22µF，其直流工作电压额定值应高于最大输入电压；输出电容建议选择68µF，其直流工作电压额定值应大于输出电压。应避免使用ESR值过高（>3Ω）的电容。

2. 其他典型应用

除了升压DC - DC转换器，LM2621还可用于5V/0.5A升压调节器、2mm高5V/0.2A低剖面应用升压调节器以及3.3V/0.5A SEPIC调节器等应用。在设计这些应用时，需要根据具体的设计要求选择合适的组件，并遵循上述的设计要点。

七、电源供应与布局建议

1. 电源供应

为LM2621供电的电源线应具有低阻抗，系统的输入电容应尽可能靠近VIN放置。如果电源噪声较大，可能需要在系统中添加额外的大容量电容，以确保为IC提供干净的电源。

2. 布局

由于LM2621具有较高的开关频率和峰值电流，因此PCB板的正确布局至关重要。不良的布局可能会导致过多的电磁干扰（EMI）和接地反弹，从而影响电压反馈信号和控制部分，导致系统故障和调节性能下降。在布局时，应将功率组件（如电感、电容和二极管）靠近IC放置，并确保信号路径短而直接，以减少干扰。

总之，LM2621以其卓越的性能和丰富的功能，为电子工程师在电源管理设计中提供了一个强大的工具。通过深入了解其特性、工作原理和应用设计要点，工程师们可以充分发挥LM2621的优势，设计出高效、稳定的电源解决方案。你在使用LM2621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。