SGM61720：高效60V输入同步降压转换器的深度解析

在电子设计领域，电源管理芯片是至关重要的组成部分。今天，我们将深入探讨SGM61720这款高性能的同步降压转换器，看看它在实际应用中能为我们带来哪些优势。

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一、产品概述

SGM61720是一款采用恒定导通时间（COT）控制的同步降压转换器，具有6V至60V的宽输入电压范围。通过内部参考电压，其输出电压可调节至最高24V，输出电流能力达2.5A，且能在几乎固定的准恒定频率下工作（频率取决于输出电压设置）。轻载时，电感电流在每个周期达到零（DCM工作模式），设备会切换到省电模式，此时频率下降并随负载变化，以保持高效率。

产品特性

• 集成MOSFET：集成了100mΩ/75mΩ的功率MOSFET，减少了外部元件数量，提高了功率密度。
• 宽输入电压范围：6V至60V的输入电压范围，适用于多种应用场景。
• 高输出电流能力：具备2.5A/5V的输出电流能力，可满足大多数负载需求。
• COT控制：采用COT控制架构，无需环路补偿即可实现高降压转换比和出色的瞬态响应。
• 多种工作模式：支持省电模式和PWM模式，可根据负载情况自动切换，提高效率。
• 内部软启动：1ms的内部软启动功能，可限制浪涌电流。
• 可调节输出电压：输出电压可调节至最高24V，满足不同应用需求。
• 预偏置启动：支持预偏置启动，方便系统设计。
• 宽工作温度范围：-40℃至+125℃的工作结温范围，适应各种恶劣环境。
• 绿色封装：采用绿色SOIC - 8（外露焊盘）封装，符合环保要求。

应用领域

SGM61720适用于多种应用场景，包括非隔离电信降压稳压器、二次高压后置稳压器、汽车系统、移动基站和48V工业系统等。

二、电气特性与性能

电气特性

在典型工作条件下（(T{J}= +25^{circ}C)，(V{IN}=48V)，(V{out}=5V)，(I{out}=1A)，(L = 22mu H)，(C_{OUT}=47mu F)），SGM61720展现出了出色的电气性能。例如，输入电压范围为6V至60V，静态电流为90μA（典型值），关断电源电流仅为3μA（典型值）。

典型性能特性

通过一系列的典型性能特性曲线，我们可以更直观地了解SGM61720在不同工作条件下的表现。例如，输出电压纹波、启动过程、关断过程、短路恢复等特性曲线，为我们评估芯片在实际应用中的性能提供了重要参考。

三、工作原理与控制模式

恒定导通时间（COT）控制

与传统的电压模式控制（VMC）或电流模式控制（CMC）不同，COT控制是一种无时钟信号和补偿放大器的滞回模式控制。当内部比较器检测到输出电压低于期望输出电压时，每个开关周期以恒定导通时间脉冲开始。导通时间由输入电压决定，可通过公式(t{ON}(mu s)=96 × frac{0.158(M Omega)}{V{IN}-0.4}+t{DELAY})（其中(t{DELAY})约为50ns）计算。

电源选择

当输出电压小于5V、上电期间或输出电压设置小于5V时，内部电路的电源取自(V{IN})；当(V{OUT}>5V)时，内部电源将切换到(V_{OUT})，以减少损耗。

省电模式

SGM61720有PWM模式、省电模式和睡眠模式三种主要工作模式。重载时工作在PWM模式，轻载时进入省电模式，此时内部功耗显著降低，工作频率随负载下降。极轻载且关断时间超过10μs时，设备进入睡眠模式，系统电流损耗仅约90μA。

四、保护功能

电流限制

当输出出现过流时，SW节点电流会反映这一情况。如果高端开关电流超过其限制（约4.5A），高端开关将自动关闭，经过短暂死区时间后，低端开关开启以接管电感电流。当低端开关电流低于1.5A时，高端开关将再次开启。

输出过压保护（OVP）

如果FB引脚检测到的电压超过标称值的110%，则认为输出出现过压事件，设备进入过压保护状态。此时，开关停止工作，高端和低端开关均保持关闭。在大多数情况下，误差放大器能够维持输出电压在规定范围内，并将电压恢复正常。

热关断（TSD）

SGM61720会监测结温，当结温超过+160℃（典型值）时，设备将停止PWM开关。当结温下降约30℃时，设备将自动恢复工作。

五、应用设计要点

输出电压设置

通过外部电阻分压器从输出节点连接到FB引脚来设置输出电压。建议使用公差为1%或更好的电阻，以确保输出精度。(R{1})的推荐取值范围为10kΩ至100kΩ，不建议使用大于400kΩ的值，因为这会使反馈路径更容易受到噪声干扰。为避免噪声过大影响(V{FB})，(R_{2})必须小于50kΩ。

输出电感（L）

设计时需考虑电感的四个参数：标称电感值、直流电阻、饱和电流和最大RMS电流。为在尺寸、损耗和成本之间取得良好平衡，可将电感纹波电流设置为最大输出电流的40%。

输出电容

输出电容和电感用于过滤PWM开关电压的交流部分，并提供可接受的输出电压纹波。电容还存储能量，以帮助在负载瞬变期间维持输出电压调节。输出电压纹波取决于输出电容值、工作电压和温度以及其寄生参数（ESR和ESL）。

输入电容

设计输入电容时，需考虑电容值、ESR、电流额定值和电压额定值。电容值应足够大，ESR应足够小，以将输入电压纹波限制在远小于输入欠压锁定（UVLO）滞后值（SGM61720标称值为700mV）。

六、PCB布局指南

PCB布局在电源设计中至关重要，不正确的布局可能会导致稳定性、负载和线路瞬态调节问题、输出电压噪声和EMI问题。以下是一些PCB布局建议：

• 使用短、宽且直接的走线进行大电流连接（IN、SW和GND）。
• 开关节点（SW）的走线应短，并远离反馈网络走线。
• 尽量缩短BS电压路径。
• 将去耦电容靠近IN和GND引脚放置。
• 如果在输出端使用大容量电容，应在OUT和GND引脚附近添加一个1μF或更大值的陶瓷电容。
• 去耦电容应尽可能靠近LDO和GND引脚。
• 将反馈电阻尽可能靠近对噪声敏感的FB引脚放置。

七、总结

SGM61720是一款功能强大、性能出色的同步降压转换器，具有宽输入电压范围、高输出电流能力、多种保护功能和高效的工作模式。在实际应用中，通过合理的设计和布局，它能够为各种电子系统提供稳定可靠的电源解决方案。你在使用类似的降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。