SGM6614：高功率密度同步升压转换器的卓越之选

在电子设备的电源管理领域，高效、稳定且功能强大的升压转换器至关重要。SGMICRO推出的SGM6614就是这样一款引人注目的产品，它为众多应用场景提供了出色的电源解决方案。

文件下载：SGM6614.pdf

一、产品概述

SGM6614是一款具有15A（典型值）开关电流限制的高功率密度同步升压转换器。它集成了8.8mΩ的低端（LS）和12.2mΩ的高端（HS）功率FET，能够支持高功率输出。其输入电压范围为2.17V至18V，可适应多种输入电源，如单节到多节锂电池；最大输出电压可达18V，能从双节锂电池中提供高达2.5A的负载电流。

二、产品特性亮点

（一）宽输入输出电压范围

输入电压范围为2.17V至18V，输出电压范围为4.5V至18V，这种宽范围设计使得它能适配多种不同的电源和负载需求。比如在一些便携式设备中，可能使用不同节数的锂电池供电，SGM6614都能很好地适应。

（二）高效转换

它在不同的输入输出条件下都能实现较高的转换效率。例如，在 (V{IN }=3.6 ~V)、(V{OUT }=13 ~V) 且 (I{OUT }=2 ~A) 时，效率可达94.42%；在 (V{IN }=7.2 ~V)、(V{OUT }=16 ~V) 且 (I{OUT }=2.5 ~A) 时，效率高达97.07%。这对于需要长时间续航的设备来说，能有效降低功耗，延长电池使用时间。

（三）多种保护功能

具备过压保护、过流保护和热关断等多种保护特性，大大提高了设备的鲁棒性。当输出电压达到19V（典型值）时，过压保护功能会使设备停止开关操作，当输出电压降至18.43V（典型值）以下时，设备恢复正常运行；当电感电流达到15A（典型值）时，过流保护会立即关闭低端FET，防止电感电流继续上升；当结温超过160℃（典型值）时，热关断功能启动，当温度下降20℃后，设备恢复运行。

（四）工作模式灵活

采用固定频率峰值电流模式控制拓扑，在中重负载时工作在脉宽调制（PWM）模式，两个功率FET在一个开关周期内交替导通；在轻负载时自动切换到脉冲频率调制（PFM）模式，以提高效率。PWM模式采用500kHz的开关频率。

三、引脚配置与功能

SGM6614采用TQFN - 3×2.5 - 11L封装，各引脚功能明确：	PIN	NAME	1/0	FUNCTION
1	FB	I	误差放大器的反相输入，连接到电阻分压器的中点以设置升压输出电压。
2	COMP	0	内部误差放大器输出，在COMP和AGND引脚之间连接环路补偿组件。
3	PGND	P	功率接地引脚，内部N沟道低端MOSFET的源极连接。
4,9	SW	P	开关节点，内部N沟道低端MOSFET的漏极连接。
5	VOUT	P	升压输出引脚。
6	EN	1	使能引脚，逻辑高电平开启转换器，逻辑低电平关闭转换器。
7	VIN	I	输入电源引脚。
8	BST	0	N沟道整流开关电源引脚，在BST和SW引脚之间连接一个0.1pF陶瓷电容。
10	AGND		信号接地引脚。
11	VCC	0	内部稳压器输出引脚，在VCC和地之间连接一个大于1.0uF的陶瓷电容。

四、应用设计要点

（一）输出电压设置

通过连接在VOUT和FB引脚之间的电阻分压器来设置输出电压。为了获得最佳的输出电压精度，推荐 (R{2}) 电阻值小于300kΩ，以确保流过 (R{2}) 的电流是流入FB引脚泄漏电流的100倍以上，同时较低的 (R{2}) 电阻还能提高设备的抗噪能力。使用公式 [R{1}=frac{left(V{OUT }-V{REF }right) × R{2}}{V{REF }}] 计算 (R_{1}) 电阻值。

（二）电容选择

• 输入电容：建议在SGM6614的输入引脚附近连接一个0.1μF的陶瓷旁路电容，VCC引脚是内部LDO稳压器的输出，应在VCC引脚附近放置一个1μF或更高的陶瓷电容，以确保LDO的稳定运行。同时，在功率级输入处放置一个10μF或更高的陶瓷电容，以滤除输入电源到SGM6614的任何寄生电感。由于陶瓷电容的直流降额效应，所选电容的额定电压应高于功率级输入、VCC引脚和VIN引脚的最大预期电压。
• 输出电容：升压转换器的输出电容决定了输出电压纹波和负载瞬态响应。使用公式 [V_{RIPPLEDIS }=frac{left(V{OUT }-V_{INMIN }right) × I{OUT }}{V{OUT } × f{SVW } × C{OUT }}] 估算输出电压纹波，同时要考虑陶瓷电容的直流降额效应，所选电容的额定电压应比最大工作输出电压高30%以上。输出电容的ESR会影响输出纹波，使用公式 [V{RIPPLEESR }=l{LEAK } × R_{C_ESR }] 计算由于ESR引起的输出纹波。

  （三）电感选择

  电感是DC/DC开关模式电源的关键元件，SGM6614优化为与1.0μH至4.7μH的电感配合工作，典型的2.2μH电感可满足大多数应用需求。电感的饱和电流和DCR是选择的关键标准，所选电感的最小饱和电流额定值应高于应用的最坏情况峰值电流。通过以下公式计算电感的关键参数：

• 直流电流：[{DC}=frac{V{OUT } × I{OUT }}{V{IN } × eta}]
• 峰 - 峰纹波电流：[P P=frac{1}{L timesleft(frac{1}{V{OUT }-V{IN }}+frac{1}{V{IN }}right) × f{S W}}]
• 峰值电流：[I{LPEAK }=I{DC}+frac{I_{PP}}{2}]

  （四）环路稳定性

  SGM6614的补偿网络采用外部实现，以提高设计灵活性。它采用跨导误差放大器，COMP引脚是内部误差放大器的输出。通过由 (R{COMP})、(C{COMP}) 和 (C{P}) 组成的Type - II补偿网络来配置SGM6614的环路响应。设计时，应确保设计的环路交叉频率 (f{C}) 在右半平面零点频率（(f_{RHPZ})）的1/5或开关频率的1/10以内，以保证环路稳定性。使用以下公式计算补偿网络的组件值：

• (R{comp }=frac{2 pi × V{OUT } × C{OUT } × f{C}}{(1-D) × V{R E F} × G{E A} × K_{comp }})
• (C{COMP }=frac{R{O} × C{OUT }}{2 R{COMP }})
• (C{P}=frac{R{ESR} × C{OUT }}{R{COMP }})

五、布局考虑

除了正确选择组件外，布局对于开关模式电源的性能至关重要。不良的布局可能导致系统不稳定、EMI故障和设备损坏。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，以最小化PCB电感。对于升压转换器，输出电容从VOUT引脚回到设备GND引脚的电流环路应尽可能小，连接到SW节点的走线应尽可能短。建议在SGM6614下方设置接地平面，以最小化层间耦合。由于SGM6614的高功率密度，承载电流的SW、VOUT和PGND引脚应连接大面积的铜多边形，以确保良好的热性能，并建议在这些节点上设置热过孔。

总之，SGM6614以其出色的性能和丰富的功能，为电子工程师在电源设计方面提供了一个可靠的选择。在实际应用中，只要遵循上述设计要点和布局原则，就能充分发挥SGM6614的优势，设计出高效、稳定的电源系统。各位工程师在使用过程中，是否也遇到过一些特殊的问题或有独特的设计经验呢？欢迎在评论区分享交流。