SGM6602：20V輸出電壓升壓轉換器的詳細解析

在電子設計領域，升壓轉換器是實現電源電壓提升的關鍵組件。SG Micro Corp推出的SGM6602 20V輸出電壓升壓轉換器，因其高性能和豐富的特性，在眾多應用場景中展現出獨特的優勢。下面，我們就對SGM6602進行全面的剖析。

文件下載：SGM6602.pdf

一、產品概述

SGM6602是一款完全集成的同步升壓轉換器，集成了一個20V的主電源開關和一個輸入/輸出隔離開關。當SGM6602處于關斷模式時，隔離開關可實現真正的負載斷開，有效減少漏電流。該轉換器能夠在1.8V至5.5V的輸入電壓下啟動，可提供高達20V的輸出電壓，非常適合用于PMOLED面板偏置以及需要小尺寸解決方案的高電壓應用。

二、產品特性

1. 寬輸入電壓范圍：支持1.8V至5.5V的工作輸入電壓范圍，能適應多種電源環境。
2. 高輸出電壓與效率：最高可輸出20V電壓，在3.6V輸入和12V輸出時，效率高達85%。
3. 大開關電流：典型開關電流為900mA，能滿足較大功率的負載需求。
4. 軟啟動功能：內部具有5ms的軟啟動時間，可減少啟動時的電流沖擊。
5. 超低關斷電流：關斷電流小于1μA，有助于降低功耗。
6. 集成隔離開關：實現輸入和輸出在關斷時的斷開，增強了系統的安全性。
7. 輕載節能模式：具備輕載時的節能模式，提高了能源利用效率。
8. 多重保護功能：擁有輸出短路保護、過壓保護和熱關斷等功能，提升了設備的可靠性。
9. 多種封裝形式：提供Green WLCSP - 0.8×1.2 - 6B和TDFN - 2×2 - 6AL兩種封裝，方便不同的設計需求。

三、應用領域

SGM6602的應用范圍廣泛，主要包括以下幾個方面：

1. PMOLED和傳感器電源：為PMOLED面板和各類傳感器提供穩定的高電壓電源。
2. 可穿戴設備：滿足可穿戴設備對小尺寸、低功耗和高電壓的需求。
3. 便攜式醫療設備：為便攜式醫療設備提供可靠的電源支持。

四、典型應用電路

SGM6602的典型應用電路如圖1所示，需要注意各元件的參數選擇，如輸入電容CIN為1.0μF，輸出電容COUT為10μF等。這些元件的合理選擇對于電路的性能至關重要，大家在設計時可以思考如何根據實際需求調整元件參數以達到最佳性能。

五、電氣特性

電源相關參數

• 欠壓鎖定閾值（VIN_UVLO）：典型值為1.52V，當輸入電壓上升到該值時，芯片開始正常工作。
• 欠壓鎖定遲滯（VIN_HYS）：典型值為150mV，有助于防止芯片在臨界電壓附近頻繁開關。
• 靜態電流（IQ_VIN）：在芯片啟用且無負載、無開關動作時，典型值為41μA。
• 關斷電流（ISD）：在芯片禁用時，最大為1μA。

輸出相關參數

• 12V輸出電壓精度（VOUT_12V）：在FB引腳連接到VIN引腳時，輸出電壓在11.64V至12.36V之間。
• 9V輸出電壓精度（VOUT_9V）：范圍在8.73V至9.27V。
• 反饋電壓（VFB）：在PWM模式下，典型值為0.795V。
• 輸出過壓保護閾值（VOVP）：典型值為21.5V，當輸出電壓超過該值時，芯片會啟動過壓保護。
• 過壓保護遲滯（VOVP_HYS）：典型值為1.4V。

功率開關相關參數

• 隔離MOSFET導通電阻（RDS(ON)）：WLCSP - 0.8×1.2 - 6B封裝下典型值為975mΩ，TDFN - 2×2 - 6AL封裝下典型值為955mΩ。
• 低端MOSFET導通電阻：WLCSP - 0.8×1.2 - 6B封裝下典型值為515mΩ，TDFN - 2×2 - 6AL封裝下典型值為485mΩ。
• 開關頻率（fSW）：在VIN = 3.6V、VOUT = 12V的PWM模式下，典型值為1.1MHz。
• 峰值開關電流限制（ILIM_SW）：典型值為900mA。
• 軟啟動時間（tSTART - UP）：從輸入電壓到12V輸出的軟啟動時間典型值為5ms。

邏輯接口相關參數

• EN邏輯高閾值（VEN_H）：典型值為1.2V，當EN引腳電壓高于該值時，芯片啟用。
• EN邏輯低閾值（VEN_L）：典型值為0.3V，當EN引腳電壓低于該值時，芯片禁用。

保護相關參數

• 熱關斷閾值（TSD）：典型值為160℃，當芯片溫度超過該值時，會啟動熱關斷保護。
• 熱關斷遲滯（TSD_HYS）：典型值為20℃，當芯片溫度下降20℃后，熱關斷保護解除。

六、典型性能特性

效率與輸出電流關系

在不同輸入電壓下，效率隨輸出電流的變化曲線如圖所示。可以看出，在一定的輸出電流范圍內，效率較高，且不同輸入電壓下的效率曲線有所差異。大家可以思考如何根據實際負載電流選擇合適的輸入電壓以提高效率。

輸出電壓與溫度關系

9V和12V固定輸出電壓隨溫度的變化曲線顯示，輸出電壓在一定溫度范圍內保持相對穩定。但在溫度變化較大時，輸出電壓會有一定的波動，這在實際應用中需要考慮。

靜態電流與溫度和輸入電壓關系

靜態電流隨溫度和輸入電壓的變化曲線可以幫助我們了解芯片在不同條件下的功耗情況。在設計低功耗系統時，這是一個重要的參考因素。

開關波形

不同工作模式下（PWM CCM、PWM DCM、節能模式等）的開關波形展示了芯片在不同負載條件下的工作狀態。通過分析這些波形，可以更好地理解芯片的工作原理和性能。

七、應用信息

輸出電壓設置

SGM6602有兩種輸出電壓設置方式：

1. 固定輸出電壓：將FB引腳連接到輸入電壓，可通過訂購不同的型號設置為固定的9V或12V輸出電壓。這種方式可以減少分壓電阻，減小PCB尺寸和BOM成本。
2. 可編程輸出電壓：通過外部電阻分壓器可將輸出電壓編程至最高20V。計算公式為(R{1}=(frac{V{OUT}}{V{FB}} - 1) × R{2})，其中(V{FB}=0.795V)。為了獲得最佳精度，建議(R{2})值不大于80kΩ，較小的(R{2})值可提高抗噪聲能力，較大的(R{2})值可降低靜態電流和提高輕載效率。

元件選擇

1. 電感選擇：SGM6602支持4.7μH至10μH的電感值。電感的選擇需要在尺寸、成本、效率、瞬態響應和環路穩定性等方面進行權衡。可根據公式計算電感的直流電流、紋波電流和峰值電流。一般建議紋波電流低于平均電感電流的40%，較大的電感值可降低輸出紋波電壓和EMI，但會稍微降低瞬態響應；較小的電感值可減小尺寸，但會增加電感的交流損耗。推薦的電感型號如FDSD0420 - H - 100M、CDRH3D23/HP等。
2. 輸入電容選擇：對于大多數應用，大于1.0μF的陶瓷電容即可滿足需求。
3. 輸出電容選擇：輸出電容主要根據規格要求的輸出紋波來選擇。可根據公式(C{OUT}=frac{I{OUT} × D{max}}{f{SW} × V_{RIPPLE}})計算所需的最小電容值。同時，需要考慮電容的ESR對輸出紋波的影響，推薦的有效輸出電容范圍為4.7μF至10μF。

電源供應建議

SGM6602可在1.8V至5.5V的輸入電壓范圍內工作。通常，輸入電源應穩定且靠近轉換器。對于輸入源距離較遠的特殊應用，可能需要額外的47μF以上的電解或鉭電容。輸入電源的輸出電流需要滿足SGM6602的供電電壓、輸出電壓和輸出電流要求。

布局指南

布局對于開關電源的性能至關重要。應將電感、輸入和輸出電容盡可能靠近IC放置，連接SW引腳的所有走線應短且面積小。通常在開關穩壓器下方放置接地平面以減少層間耦合。對于升壓轉換器，輸出電容從VOUT引腳回到GND引腳的電流回路應盡可能小。

八、封裝信息

SGM6602提供WLCSP - 0.8×1.2 - 6B和TDFN - 2×2 - 6AL兩種封裝，文中給出了詳細的封裝外形尺寸、推薦焊盤圖案、編帶和卷盤信息以及紙箱尺寸等，方便工程師進行設計和生產。

總之，SGM6602是一款性能優異的升壓轉換器，在設計過程中，工程師需要根據具體的應用需求，合理選擇元件參數和布局方式，以充分發揮其性能優勢。大家在實際應用中遇到過哪些關于升壓轉換器的問題呢？歡迎一起交流探討。