SGM66099A：超低靜態電流同步升壓轉換器的卓越之選

在電子設備的設計中，電源管理模塊的性能直接影響著整個系統的效率、穩定性和續航能力。今天，我們就來深入了解一款由SGMICRO推出的超低靜態電流同步升壓轉換器——SGM66099A。

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一、產品概述

SGM66099A是一款專為鋰離子電池供電系統設計的同步升壓轉換器，其在緊湊尺寸和延長電池續航方面表現出色。該轉換器的輸入電壓范圍為0.7V至5.5V，非常適合鋰錳電池、鎳氫電池和鋰離子可充電電池。其典型靜態電流僅為0.6μA，能最大程度提高輕載效率，有效延長電池的使用時間。此外，它能夠在3.3V至5V的電壓轉換中提供300mA的輸出電流，在200mA負載下效率高達93%。

二、產品特性

2.1 寬輸入輸出電壓范圍

• 輸入電壓：支持0.7V至5.5V的輸入電壓范圍，能適應多種電池類型和不同的電源環境。
• 輸出電壓：提供可調輸出電壓版本（1.8V至5.5V）以及固定輸出電壓版本（2.5V、3.0V、3.3V、3.6V和5.0V），滿足不同應用場景的需求。

2.2 超低靜態電流

• 靜態電流：典型值為0.6μA，有效降低了系統的功耗，提高了輕載效率。
• 輸出引腳電流：流入VOUT引腳的超低電流典型值為0.07μA，進一步減少了能量損耗。

2.3 高效轉換

在10mA至300mA的負載范圍內，效率最高可達93%，能有效減少能量損失，提高電池的使用效率。

2.4 固定頻率操作

采用1.2MHz的固定頻率操作，減少了電磁干擾（EMI），提高了系統的穩定性。

2.5 節能模式

具備電源節省模式，在低輸出功率時能進一步提高效率，延長電池壽命。

2.6 多種保護功能

集成了過流保護、過壓保護和熱關斷等多種保護功能，同步整流器還支持短路保護，提高了設備的可靠性和穩定性。

三、應用領域

SGM66099A的應用范圍廣泛，包括但不限于以下幾個方面：

3.1 LCD偏置

為液晶顯示屏提供穩定的偏置電壓，確保顯示屏的正常顯示。

3.2 光學心率監測器

為光學心率監測器提供穩定的電源，保證監測數據的準確性。

3.3 LED偏置

為LED燈提供合適的偏置電壓，實現高效的照明效果。

3.4 便攜式和可穿戴設備

由于其低功耗和小尺寸的特點，非常適合用于便攜式和可穿戴設備，延長設備的續航時間。

3.5 低功耗無線應用

為低功耗無線設備提供穩定的電源，確保無線通信的穩定運行。

3.6 電池供電系統

適用于各種電池供電的系統，提高電池的使用效率，延長電池的使用壽命。

四、典型應用電路

其典型應用電路如圖1所示，通過合理選擇外部元件，可以實現不同的輸出電壓和電流。在實際設計中，需要根據具體的應用需求進行參數調整。

五、封裝與訂購信息

SGM66099A提供了Green WLCSP - 0.85×1.32 - 6B和TDFN - 2×2 - 6AL兩種封裝形式，滿足不同的安裝需求。不同型號的產品在溫度范圍、訂購編號、封裝標記和包裝選項等方面有所不同，具體信息可參考文檔中的表格。

六、詳細工作原理

6.1 啟動與使能

當EN引腳為高電平時，SGM66099A啟動；為低電平時，設備停止工作，輸出電壓與輸入電壓完全斷開，此時關機電流小于0.4μA。在啟動過程中，設備能夠在0.8V（典型值）的輸入電壓和大于3kΩ的負載下啟動。初始啟動階段，輸出電壓通過高端PMOS以300mA（典型值）的預充電電流達到輸入電壓；預充電階段后，當Vout低于1.77V時，輸出電壓在自由運行模式下充電至1.77V；當輸出電壓高于1.77V時，設備進入閉環控制模式。

6.2 過流和短路保護

在過流事件發生時，SGM66099A采用逐周期電流限制，當達到電流限制閾值時，控制環路會限制電感電流，防止其進一步增加。當Vout低于2.3V時，設備進入折返電流限制模式，電流限制降低至約750mA；當輸出電壓接近輸入電壓時，設備進入降壓模式，峰值電流限制為560mA（典型值）；當輸出電壓低于1.65V（典型值）時，設備嘗試重新啟動。在輸出短路到地的情況下，當輸出電壓降至0.7V以下，設備進入直通模式，將電流限制降低至約300mA以減少功耗；短路條件消除后，設備恢復運行并進行軟啟動以調節設定的輸出電壓。

6.3 過壓保護

SGM66099A集成了過壓保護（OVP）功能，當可調版本的OVP閾值達到5.8V或固定輸出電壓版本達到5.3V時，設備停止開關操作。同時，設備實現了100mV的OVP遲滯，當輸出電壓低于OVP閾值100mV時，設備恢復開關操作。如果FB引腳持續短路到地，可調輸出電壓版本的OVP閾值將從5.8V降至5.3V。此外，SGM66099A會監測FB引腳電壓，當VFB > 1.1 × VREF時，開關操作終止；當FB引腳電壓降至1.07 × VREF時，恢復正常開關操作。

6.4 輕載節能模式

在輕載條件下，SGM66099A進入電源節省模式，進一步提高系統效率。

6.5 降壓模式和直通模式

當輸入電壓高于輸出電壓時，SGM66099A具有降壓模式和直通模式。在降壓模式下，即使輸入電壓超過輸出電壓，設備仍能保持目標輸出電壓，通過動態調整高端PMOS的VGS來控制電感電流，減少功耗。在直通模式下，開關動作停止，高端PMOS的柵極接地，低端開關保持關閉，輸出電壓等于輸入電壓減去電感的直流電阻（DCR）和高端PMOS的導通電阻上的電壓降。隨著輸入電壓的升高，當輸入電壓比輸出電壓低80mV（典型值）時，設備進入降壓模式；當輸入電壓超過輸出電壓270mV（典型值）時，設備自動進入直通模式；當輸入電壓降至目標輸出電壓的101%（典型值）時，設備退出直通模式并回到降壓模式；當輸入電壓降至輸出電壓以下150mV（典型值）時，設備恢復升壓模式。

6.6 熱關斷

為防止過熱和功耗過大對設備造成損壞，SGM66099A實現了熱關斷功能。當溫度超過145°C（典型值）時，設備關機；當結溫降至25°C時，設備自動恢復工作。

七、應用設計要點

7.1 輸出電壓編程

對于可調輸出電壓版本，可以使用外部電阻分壓器R1和R2來編程輸出電壓。VREF典型值為1.0V，計算公式為：[V{OUT }=V{REF } × frac{R{1}+R{2}}{R_{2}}] 為了減少FB引腳泄漏電流對輸出電壓精度的影響，流經R2的電流應是FB引腳泄漏電流的100倍。建議選擇±1%精度的電阻R1和R2以提高輸出電壓的準確性。對于固定輸出電壓版本，將FB引腳連接到GND或保持浮空。

7.2 最大輸出電流計算

SGM66099A的最大輸出負載能力取決于最小期望輸入電壓和設備的電流限制。可以使用相關公式計算最大負載電流，在最壞情況下的分析中，應使用最小輸入電壓、最大升壓輸出電壓和最小電流限制（ILIM）。

7.3 電感選擇

電感的選擇對開關模式電源的性能至關重要，它會影響電源的瞬態響應、環路穩定性、效率和穩態運行。該設備的內部補償針對1μH和2.2μH的電感進行了優化。當Vout高于3V時，應選擇2.2μH的電感；當Vout低于3V時，應選擇1μH的電感。

7.4 電容選擇

• 輸入電容：升壓轉換器的輸入電容不僅可以最小化輸入電壓紋波，還能減少IC的VIN引腳上的電壓尖峰。建議使用10μF、低ESR和X5R或更高溫度系數的陶瓷電容，并盡可能靠近VIN和GND引腳放置，以提高瞬態響應和EMI性能。
• 輸出電容：輸出電容對于確保系統的良好性能起著重要作用。輸出電容的位置會影響SW引腳上的開關尖峰，進而影響EMI性能，并可能因大的開關尖峰損壞IC。因此，應將陶瓷電容盡可能靠近設備的VOUT和GND引腳放置。由于升壓拓撲存在右半平面零點，且輸出電容會設置電流模式控制方法的轉換器的轉折頻率，因此選擇較大的電感時，應使用較大的輸出電容。該設備的內部補償針對1μH至2.2μH的電感值進行了優化，輸出電容的最小標稱值為20μF。增加輸出電容可以減少PWM模式下的輸出紋波。同時，由于陶瓷電容的直流偏置效應，需要驗證偏置電壓下的有效電容值。

7.5 布局設計

除了元件選擇，布局設計也是確保開關模式電源性能的關鍵步驟。不良的布局可能導致系統不穩定、EMI故障和設備損壞。因此，應將電感、輸入和輸出電容盡可能靠近IC放置，并使用寬而短的走線來承載電流，以最小化PCB電感。對于升壓轉換器，輸出電容從VOUT引腳回到設備GND引腳的電流環路應盡可能小。

八、總結

SGM66099A作為一款超低靜態電流同步升壓轉換器，憑借其寬輸入輸出電壓范圍、超低靜態電流、高效轉換、多種保護功能和靈活的工作模式，在電池供電系統中具有顯著的優勢。在實際應用中，通過合理選擇外部元件和優化布局設計，可以充分發揮其性能，為各種電子設備提供穩定、高效的電源解決方案。各位工程師在設計時，不妨考慮一下這款優秀的升壓轉換器，相信它會給你的項目帶來意想不到的效果。你在使用同步升壓轉換器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。