SGM66099B：超低静态电流同步升压转换器的卓越之选

在电子设备的电源管理领域，一款性能优异的升压转换器对于提升系统效率、延长电池续航时间起着至关重要的作用。今天，我们就来深入探讨SGMICRO推出的SGM66099B超低静态电流同步升压转换器，看看它究竟有哪些独特之处。

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一、产品概述

SGM66099B专为锂离子电池供电系统而设计，在紧凑的解决方案尺寸和电池续航时间方面表现出色。它的输入电压范围宽广，从1.15V到5.2V，适用于锂锰电池、镍氢电池和锂离子可充电电池等多种电源。其典型静态电流仅为1.7μA，轻载时的节能模式进一步提高了系统效率。该转换器采用峰值电流模式控制，峰值开关电流限制为1.3A（典型值），并且在禁用时能够将输出与输入断开，避免不必要的电流消耗。此外，它还集成了降压模式和直通模式，确保在输入电压接近或高于设定输出电压时能够平稳运行。SGM66099B有可调输出电压和固定输出电压两种版本可供选择。

二、产品特性

（一）电压与电流特性

• 宽输入电压范围：1.15V至5.2V的输入电压范围，适应多种电池类型，为不同的应用场景提供了灵活的电源选择。
• 超低静态电流：进入VIN引脚的典型静态电流仅为0.05μA，进入VOUT引脚的典型静态电流为1.7μA（SGM66099B - ADJ）或12μA（SGM66099B - 5.0），有效提高了轻载效率，延长了电池的使用时间。
• 低关断电流：关断时进入VIN引脚的电流小于1μA，减少了待机时的功耗。

（二）工作模式与频率

• 1.2MHz固定频率工作：稳定的开关频率有助于减少电磁干扰，提高系统的稳定性。
• 节能模式：在低输出功率时自动进入节能模式，进一步提高效率。
• 降压模式和直通模式：当输入电压高于输出电压时，可实现降压调节；当输入电压比设定输出电压高300mV时，自动进入直通模式，确保电源的平稳过渡。

（三）输出特性

• 可调输出电压范围：输出电压可在2.5V至5.2V之间调节，也有5.0V固定输出电压版本可供选择，满足不同应用的需求。
• 高效转换：在10mA至300mA负载下，效率高达93%，有效减少了能量损耗。

（四）保护特性

• 过流保护：在过流事件中，通过逐周期电流限制，防止电感电流进一步增加，确保系统安全。
• 过压保护：当输出电压达到5.7V（典型值）时，停止开关操作，并具有100mV的过压迟滞，防止误触发。
• 热关断保护：当结温超过150℃（典型值）时，自动关断，温度下降25℃后恢复工作，保护芯片不受过热损坏。
• 短路保护：输出短路到地时，将电流限制降低到约200mA，减少芯片内部的功耗。

（五）封装与温度范围

• 封装形式：提供绿色WLCSP - 1.22×0.83 - 6B和TDFN - 2×2 - 6AL两种封装，满足不同的布局和安装需求。
• 工作温度范围：-40℃至+85℃，适应各种恶劣的工作环境。

三、应用领域

SGM66099B的优异性能使其在多个领域得到广泛应用，包括但不限于：

• LCD偏置：为液晶显示屏提供稳定的偏置电压，确保显示效果。
• 光学心率监测器LED偏置：为心率监测器的LED提供精确的偏置电压，提高测量精度。
• 便携式和可穿戴设备：低功耗和小封装尺寸使其成为便携式和可穿戴设备的理想选择，延长设备的续航时间。
• 低功耗无线应用：在无线设备中，有效降低功耗，提高电池使用效率。
• 电池供电系统：适用于各种电池供电的系统，提高系统的整体性能。

四、详细工作原理与特性分析

（一）启动与使能

EN引脚逻辑高电平使能SGM66099B，逻辑低电平禁用。禁用时，输出电压与输入电压完全断开，关断电流小于1μA。该转换器能够从1.15V输入电压启动，但负载需大于3kΩ。在启动阶段，输出电压达到2.2V之前，开关电流限制在约200mA。如果启动时负载过重，可能导致启动失败。

（二）过流与短路保护

在过流事件中，SGM66099B通过逐周期电流限制，当电流达到限制阈值时，关闭低端功率MOSFET，防止电感电流进一步增加。如果输出电压因过流下降到输入电压以下，进入降压模式，峰值电流仍受限制。如果输出电压继续下降到2.2V以下，将重新进入启动过程。在输出短路到地的情况下，电流限制降低到约200mA，以减少芯片内部的功耗。当短路条件解除后，设备恢复正常工作并进行软启动。

（三）过压保护

SGM66099B集成了过压保护功能，当输出电压达到5.7V（典型值）时，停止开关操作，具有100mV的过压迟滞。当输出电压低于过压阈值100mV时，恢复开关操作，确保系统在过压情况下的安全。

（四）轻载节能模式

在轻载条件下，SGM66099B自动进入节能模式，进一步提高效率，减少功耗。

（五）降压模式和直通模式

当输入电压高于输出电压时，SGM66099B进入降压模式，仍能调节设定的输出电压。如果输入电压继续升高，自动进入直通模式。在直通模式下，高端PMOS始终导通，输出电压等于输入电压减去电感的直流电阻和整流PMOS的导通电阻上的压降。需要注意的是，在直通模式下，输入电压不应超过推荐的最大输入电压。

五、应用设计指南

（一）设计要求示例

以单节锂离子电池为5V输出、1mA负载电流的系统提供偏置电源或LED偏置电压为例，设计要求如下：	参数	值
输入电压	2.7V - 4.2V
输出电压	5V
输出电流	1mA
输出电压纹波	±50mV

（二）输出电压编程

通过外部电阻分压器R1和R2可以设置输出电压，FB引脚的典型电压为1.0V。计算公式为： [V{OUT }=V{REF } × frac{R{1}+R{2}}{R_{2}}] 为了减少FB引脚漏电流对输出电压精度的影响，流经R2的电流应大于FB引脚漏电流的100倍。较小的R2可以提高抗噪声能力，较大的R2可以减少反馈电阻中的漏电流，提高无负载效率。建议选择±1%精度的电阻R1和R2，以提高输出电压的精度。此外，建议在R1上并联一个10pF至22pF的外部前馈电容CFWD，以提高设备的稳定性。对于固定输出电压版本，将FB引脚连接到GND，避免悬空。

（三）最大输出电流估算

SGM66099B的最大输出负载能力取决于最小期望输入电压和设备的电流限制。最大负载电流可以通过以下公式估算： [I{OUT(MAX) }=frac{V{IN} cdotleft(I{LIM }-frac{I{L H}}{2}right) cdot eta}{V_{OUT }}] 其中，η为转换效率，估算时取85%；ILH为电感的峰 - 峰纹波电流；ILIM为开关电流限制。在最坏情况下的分析中，应使用最小输入电压、最大升压输出电压和最小电流限制。

（四）电感选择

电感的选择对开关电源的性能至关重要，它会影响电源的瞬态响应、环路稳定性、效率和稳态运行。电感的直流电阻（DCR）、电感值和饱和电流是确保电源平稳高效运行的关键参数。该设备的内部补偿针对1μH和2.2μH的电感进行了优化。当VOUT高于3V时，应选择2.2μH的电感；当VOUT低于3V时，应选择1.1μH的电感。

（五）电容选择

• 输入电容：升压转换器的输入电容不仅可以减少输入电压纹波，还可以降低IC的VIN引脚上的电压尖峰。建议选择10μF、低ESR、X5R或更高温度系数的陶瓷电容，并尽可能靠近VIN和GND引脚放置，以提高瞬态响应和电磁干扰性能。
• 输出电容：输出电容对于确保系统性能至关重要。输出电容的位置会影响SW引脚上的开关尖峰，进而影响电磁干扰性能，并可能因大的开关尖峰损坏IC。因此，输出电容应尽可能靠近IC的VOUT和GND引脚放置，以减小电流回路。由于升压拓扑存在右半平面零点，且输出电容决定了电流模式控制方法的转换器的转折频率，因此对于较大的电感，必须使用较大的输出电容。该设备的内部补偿针对1μH至2.2μH的电感值进行了优化，最小输出电容值为20μF（标称值）。增加输出电容可以减少PWM模式下的输出纹波。由于陶瓷电容存在直流偏置效应，应验证偏置电压下的有效电容值。在VOUT轨上使用GRM188R60J106ME84D（10μF陶瓷电容），它在直流偏置条件下具有较高的有效电容值。在负载热插拔的情况下，负载设备的输入电容应小于SGM66099B输出电容的1/10。

（六）布局设计

布局设计对于开关电源的性能至关重要。不良的布局可能导致系统不稳定、电磁干扰失败和设备损坏。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，以减小PCB电感。对于升压转换器，输出电容从VOUT引脚回到设备GND引脚的电流回路应尽可能小。

六、总结

SGM66099B作为一款超低静态电流同步升压转换器，凭借其宽输入电压范围、超低静态电流、高效转换、多种保护功能以及灵活的输出电压选择，在便携式和可穿戴设备、低功耗无线应用等领域具有显著的优势。通过合理的外部元件选择和布局设计，可以充分发挥其性能，为电子设备提供稳定、高效的电源解决方案。在实际应用中，工程师们需要根据具体的设计要求，仔细选择和调整外部元件，确保系统的稳定性和可靠性。你在使用类似的升压转换器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。