SGM6604同步升压转换器：小身材大能量的电源解决方案

作为电子工程师，在设计电源电路时，我们总是在寻找性能优异、功能丰富且易于使用的器件。今天，我要给大家介绍一款来自SGMICRO的SGM6604 20V输出电压同步升压转换器，它在很多方面都表现出色，值得我们深入了解。

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一、器件概述

SGM6604是一款高度集成的同步升压转换器，内部集成了一个20V的主功率开关和一个输入/输出隔离开关。这个隔离开关非常实用，当SGM6604处于关断模式时，它能实现真正的负载断开，有效减少漏电流。

它的输入电压范围为1.85V - 5V，启动后可低至1.6V，这使得它非常适合单节锂离子电池或两节串联碱性电池供电的应用场景。而且，它能够提供高达20V的输出电压，对于PMOLED面板偏置以及需要小尺寸解决方案的高电压应用来说，是一个绝佳的选择。

二、主要特性

1. 宽输入输出范围

输入电压范围为1.85V - 5V，启动后可低至1.6V，输出电压最高可达20V，能适应多种电源和负载需求。

2. 集成隔离开关

实现真正的输入输出断开，在关断模式下有效降低漏电流。

3. 高效转换

在3.6V输入、12V输出的情况下，效率高达92%，能有效节省电能。

4. 低关断电流

在(V_{IN}=3.6V)时，最大关断电流仅为1.5μA，大大降低了待机功耗。

5. 轻载自动节能模式

在轻载条件下自动进入节能模式，进一步提高效率。

6. 内置软启动

6ms的软启动时间，有效减少了启动时的浪涌电流。

7. 多重保护功能

具备输出短路保护（SCP）、输出过压保护（OVP）和热关断保护，确保器件在各种异常情况下的安全性。

8. 宽工作温度范围

可在 -40℃ 至 +85℃ 的环境温度下正常工作。

9. 环保封装

采用绿色SOT - 23 - 6封装，符合环保要求。

三、典型应用

SGM6604的应用场景非常广泛，常见的有：

1. PMOLED电源

为PMOLED面板提供稳定的偏置电压。

2. 可穿戴设备

满足可穿戴设备对小尺寸、低功耗电源的需求。

3. 便携式医疗设备

在便携式医疗设备中提供可靠的电源支持。

4. 传感器电源

为各种传感器提供合适的电源电压。

四、电气特性

1. 电源相关特性

• 欠压锁定阈值（VIN_UVLO）：典型值为1.85V，当输入电压上升超过此值时，器件启动。
• 欠压锁定迟滞（VIN_HYS）：150mV，确保器件在输入电压波动时的稳定性。
• 静态电流（IQ_VIN）：在器件启用、无负载、无开关操作时，典型值为45.0μA - 85.0μA。
• 关断电流（ISD）：器件禁用时，最大为1.5μA。

  2. 输出特性

• 12V输出电压精度（VOUT_12V）：当FB引脚连接到VIN引脚时，输出电压在11.5V - 12.5V之间。
• 反馈电压（VFB）：PWM模式下，典型值为0.795V。
• 输出过压保护阈值（VOVP）：典型值为21.5V，确保输出电压不会过高。
• 过压保护迟滞（VOVP_HYS）：2.5V。

  3. 功率开关特性

• 隔离MOSFET导通电阻：典型值为615mΩ。
• 低端MOSFET导通电阻：典型值为300mΩ。
• 开关频率（fSW）：在VIN = 3.6V、VOUT = 12V、PWM模式下，典型值为1.3MHz。
• 峰值开关电流限制（ILIM_SW）：典型值为1.12A。

  4. 软启动特性

  软启动时间（tSS）：典型值为6ms，有效限制启动时的浪涌电流。

  5. 逻辑接口特性

• EN逻辑高阈值（VEN_H）：1.2V，高于此值时器件启用。
• EN逻辑低阈值（VEN_L）：0.3V，低于此值时器件禁用。

  6. 保护特性

• 热关断阈值（TSD）：典型值为155℃，当温度超过此值时，器件自动关断。
• 热关断迟滞（TSD_HYS）：25℃。

五、工作模式及原理

1. PWM模式（中重负载）

在中重负载条件下，SGM6604工作在PWM模式，开关频率为1.3MHz的准恒定频率。通过内部的峰值电流控制拓扑，能够实现出色的线路和负载瞬态响应，同时只需较小的输出电容。

2. 节能模式（轻负载）

在轻负载条件下，器件自动进入节能模式（PSM），通过降低峰值电流来提高效率。随着输出负载的减小，峰值电流会逐渐降低，直到达到设定的最小值。

3. 欠压锁定（UVLO）

当输入电压低于1.43V（典型值）时，欠压锁定电路会阻止器件工作，具有150mV的迟滞。当输入电压上升超过1.58V（典型值）时，器件重新启动。

4. 使能和关断

通过EN引脚控制器件的开启和关闭。逻辑信号高于1.2V时，器件开启；低于0.3V时，器件关闭并进入关断模式。注意，EN引脚不能悬空。

5. 软启动

内置的软启动功能可以有效限制启动时的浪涌电流。当输入电压低于4.5V时，(V{OUT})以150mA的软启动电流限制启动；当输入电压超过4.5V时，软启动电流限制进一步降低至100mA。当(V{OUT})上升到编程电压的80%时，全电流限制（典型值1.12A）立即生效。

6. 峰值电流限制

采用峰值电流模式控制，当峰值电流达到1.12A（典型值）的电流限制阈值时，低端FET关闭，直到下一个时钟周期才重新开启，保护器件免受过载损坏。

7. 短路保护（SCP）

当输出电压低于编程电压的25%时，认为发生短路，此时开关频率降低至200kHz。在启动期间，当输出电压未达到编程电压的25%时，也会执行频率折返操作，有效减少短路启动时的热量产生，提高器件的安全性。

8. 过压保护（OVP）

当输出电压超过21.5V（典型值）时，器件立即停止开关操作，直到输出电压下降到OVP阈值以下2.5V。

9. 热关断

当芯片温度超过155℃（典型值）时，器件自动停止开关操作，当温度下降到130℃（典型值）以下时，恢复正常工作。

六、应用信息

1. 输出电压设置

固定12V输出

将FB引脚连接到VIN引脚，即可实现固定12V输出，这种方式无需外部电阻分压器，可减小PCB尺寸和BOM成本。

可编程输出

通过外部电阻分压器可以编程所需的输出电压，计算公式为(R{1}=(frac{V{OUT}}{V{FB}} - 1) × R{2})，其中(V{FB})在FB引脚处约为0.795V（典型值）。为了保证精度，流经(R{2})的电流应至少是FB引脚漏电流的100倍，建议(R_{2})的值不大于80kΩ。

2. 电感选择

电感的选择需要在尺寸、成本、效率、瞬态响应和环路稳定性等方面进行权衡。关键参数包括电感值（L）、额定电流（IRATE）、饱和电流（IsAT）和直流电阻（DCR）。

• 电感直流电流(I{L(DC)})的计算公式为(I{L(DC)}=frac{V{OUT} × I{OUT}}{V{IN} × eta})，其中(eta)在大多数应用中取85%。所选电感的额定电流（IRATE）应大于计算得到的(I{L(DC)})。如果应用在高温环境（例如高于 +75℃），建议所选电感的IRATE比所需的(I_{L(DC)})大25%。
• 电感值L的计算公式为(L=frac{V{IN} × (V{OUT} - V{IN})}{Delta I{L(P - P)} × f{SW} × V{OUT}})，一般来说，在标称输出电压下，峰 - 峰纹波电流(Delta I_{L(P - P)})与IC额定电流的比值约为30%时，能在尺寸和损耗之间取得较好的平衡。SGM6604设计支持的电感值范围为4.7μH - 10μH，最佳电感值为10μH。
• 电感的峰值电流(I{L(Peak)})计算公式为(I{L(Peak)} = I{L(DC)} + frac{Delta I{L(P - P)}}{2})，所选电感的饱和电流额定值应高于器件的1.12A（典型值）电流限制。

3. 输入电容选择

建议在SGM6604的VCC引脚和GND引脚之间尽可能靠近地放置一个4.7µF的陶瓷电容，以满足整个开关周期内的连续电流需求。

4. 输出电容选择

输出电容主要根据规格要求的输出纹波来选择。输出纹波由等效串联电阻（ESR）和电容的电容值两部分组成。假设陶瓷电容的ESR为零（实际中ESR通常很小可忽略），可使用公式(C{OUT}=frac{I{OUT} × D{MAX}}{f{SW} × Delta V_{RIPPLE}})来计算所需的最小电容值。

SGM6604是一个内部补偿的器件，输出电容会影响环路稳定性。建议在输出电压高于9V时，使用有效电容值在0.47µF - 10µF范围内的陶瓷电容，以优化环路响应。

5. 电源建议

SGM6604的输入电压范围为1.85V - 5V，通常输入电源应稳定且靠近转换器。一般情况下，一个4.7μF的陶瓷旁路电容就足够了。对于输入源距离较远的特殊应用，可能需要额外的47µF以上的电解或钽电容。输入电源的输出电流需要满足SGM6604的电源电压、输出电压和输出电流要求。

6. 布局指南

布局对于确保SGM6604的性能至关重要。不良的布局可能会导致系统不稳定、噪声和EMI问题，甚至损坏器件。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。同时，应尽量减小所有连接到SW引脚的走线的长度和面积。对于升压转换器，输出电容从VOUT引脚回到器件GND引脚的电流环路也非常关键，应尽可能小。

七、总结

SGM6604同步升压转换器凭借其宽输入输出范围、高效转换、多重保护功能以及丰富的工作模式，为电子工程师在设计电源电路时提供了一个优秀的解决方案。在实际应用中，我们需要根据具体的需求合理选择外围元件，并注意布局和布线，以充分发挥其性能优势。大家在使用过程中遇到过哪些问题或者有什么独特的经验呢？欢迎在评论区分享交流。