SGM61720：高效60V輸入同步降壓轉換器的深度解析

在電子設計領域，電源管理芯片是至關重要的組成部分。今天，我們將深入探討SGM61720這款高性能的同步降壓轉換器，看看它在實際應用中能為我們帶來哪些優勢。

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一、產品概述

SGM61720是一款采用恒定導通時間（COT）控制的同步降壓轉換器，具有6V至60V的寬輸入電壓范圍。通過內部參考電壓，其輸出電壓可調節至最高24V，輸出電流能力達2.5A，且能在幾乎固定的準恒定頻率下工作（頻率取決于輸出電壓設置）。輕載時，電感電流在每個周期達到零（DCM工作模式），設備會切換到省電模式，此時頻率下降并隨負載變化，以保持高效率。

產品特性

• 集成MOSFET：集成了100mΩ/75mΩ的功率MOSFET，減少了外部元件數量，提高了功率密度。
• 寬輸入電壓范圍：6V至60V的輸入電壓范圍，適用于多種應用場景。
• 高輸出電流能力：具備2.5A/5V的輸出電流能力，可滿足大多數負載需求。
• COT控制：采用COT控制架構，無需環路補償即可實現高降壓轉換比和出色的瞬態響應。
• 多種工作模式：支持省電模式和PWM模式，可根據負載情況自動切換，提高效率。
• 內部軟啟動：1ms的內部軟啟動功能，可限制浪涌電流。
• 可調節輸出電壓：輸出電壓可調節至最高24V，滿足不同應用需求。
• 預偏置啟動：支持預偏置啟動，方便系統設計。
• 寬工作溫度范圍：-40℃至+125℃的工作結溫范圍，適應各種惡劣環境。
• 綠色封裝：采用綠色SOIC - 8（外露焊盤）封裝，符合環保要求。

應用領域

SGM61720適用于多種應用場景，包括非隔離電信降壓穩壓器、二次高壓后置穩壓器、汽車系統、移動基站和48V工業系統等。

二、電氣特性與性能

電氣特性

在典型工作條件下（(T{J}= +25^{circ}C)，(V{IN}=48V)，(V{out}=5V)，(I{out}=1A)，(L = 22mu H)，(C_{OUT}=47mu F)），SGM61720展現出了出色的電氣性能。例如，輸入電壓范圍為6V至60V，靜態電流為90μA（典型值），關斷電源電流僅為3μA（典型值）。

典型性能特性

通過一系列的典型性能特性曲線，我們可以更直觀地了解SGM61720在不同工作條件下的表現。例如，輸出電壓紋波、啟動過程、關斷過程、短路恢復等特性曲線，為我們評估芯片在實際應用中的性能提供了重要參考。

三、工作原理與控制模式

恒定導通時間（COT）控制

與傳統的電壓模式控制（VMC）或電流模式控制（CMC）不同，COT控制是一種無時鐘信號和補償放大器的滯回模式控制。當內部比較器檢測到輸出電壓低于期望輸出電壓時，每個開關周期以恒定導通時間脈沖開始。導通時間由輸入電壓決定，可通過公式(t{ON}(mu s)=96 × frac{0.158(M Omega)}{V{IN}-0.4}+t{DELAY})（其中(t{DELAY})約為50ns）計算。

電源選擇

當輸出電壓小于5V、上電期間或輸出電壓設置小于5V時，內部電路的電源取自(V{IN})；當(V{OUT}>5V)時，內部電源將切換到(V_{OUT})，以減少損耗。

省電模式

SGM61720有PWM模式、省電模式和睡眠模式三種主要工作模式。重載時工作在PWM模式，輕載時進入省電模式，此時內部功耗顯著降低，工作頻率隨負載下降。極輕載且關斷時間超過10μs時，設備進入睡眠模式，系統電流損耗僅約90μA。

四、保護功能

電流限制

當輸出出現過流時，SW節點電流會反映這一情況。如果高端開關電流超過其限制（約4.5A），高端開關將自動關閉，經過短暫死區時間后，低端開關開啟以接管電感電流。當低端開關電流低于1.5A時，高端開關將再次開啟。

輸出過壓保護（OVP）

如果FB引腳檢測到的電壓超過標稱值的110%，則認為輸出出現過壓事件，設備進入過壓保護狀態。此時，開關停止工作，高端和低端開關均保持關閉。在大多數情況下，誤差放大器能夠維持輸出電壓在規定范圍內，并將電壓恢復正常。

熱關斷（TSD）

SGM61720會監測結溫，當結溫超過+160℃（典型值）時，設備將停止PWM開關。當結溫下降約30℃時，設備將自動恢復工作。

五、應用設計要點

輸出電壓設置

通過外部電阻分壓器從輸出節點連接到FB引腳來設置輸出電壓。建議使用公差為1%或更好的電阻，以確保輸出精度。(R{1})的推薦取值范圍為10kΩ至100kΩ，不建議使用大于400kΩ的值，因為這會使反饋路徑更容易受到噪聲干擾。為避免噪聲過大影響(V{FB})，(R_{2})必須小于50kΩ。

輸出電感（L）

設計時需考慮電感的四個參數：標稱電感值、直流電阻、飽和電流和最大RMS電流。為在尺寸、損耗和成本之間取得良好平衡，可將電感紋波電流設置為最大輸出電流的40%。

輸出電容

輸出電容和電感用于過濾PWM開關電壓的交流部分，并提供可接受的輸出電壓紋波。電容還存儲能量，以幫助在負載瞬變期間維持輸出電壓調節。輸出電壓紋波取決于輸出電容值、工作電壓和溫度以及其寄生參數（ESR和ESL）。

輸入電容

設計輸入電容時，需考慮電容值、ESR、電流額定值和電壓額定值。電容值應足夠大，ESR應足夠小，以將輸入電壓紋波限制在遠小于輸入欠壓鎖定（UVLO）滯后值（SGM61720標稱值為700mV）。

六、PCB布局指南

PCB布局在電源設計中至關重要，不正確的布局可能會導致穩定性、負載和線路瞬態調節問題、輸出電壓噪聲和EMI問題。以下是一些PCB布局建議：

• 使用短、寬且直接的走線進行大電流連接（IN、SW和GND）。
• 開關節點（SW）的走線應短，并遠離反饋網絡走線。
• 盡量縮短BS電壓路徑。
• 將去耦電容靠近IN和GND引腳放置。
• 如果在輸出端使用大容量電容，應在OUT和GND引腳附近添加一個1μF或更大值的陶瓷電容。
• 去耦電容應盡可能靠近LDO和GND引腳。
• 將反饋電阻盡可能靠近對噪聲敏感的FB引腳放置。

七、總結

SGM61720是一款功能強大、性能出色的同步降壓轉換器，具有寬輸入電壓范圍、高輸出電流能力、多種保護功能和高效的工作模式。在實際應用中，通過合理的設計和布局，它能夠為各種電子系統提供穩定可靠的電源解決方案。你在使用類似的降壓轉換器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。