深入解析Onsemi FAN48623同步升压调节器

在当今的电子设备中，电源管理是一个至关重要的环节。特别是对于使用锂离子电池的设备，如何高效地将电池电压提升到系统所需的电压水平，是工程师们需要解决的关键问题。Onsemi的FAN48623同步升压调节器，为这一问题提供了一个优秀的解决方案。本文将深入探讨FAN48623的特点、工作模式、应用信息以及布局建议，帮助电子工程师更好地了解和应用这款产品。

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产品概述

FAN48623是一款同步升压调节器，它能够利用新型电池化学特性，即使在电池电压低于系统电源IC所需电压时，也能为系统提供足够的能量。该调节器集成了内置功率晶体管、同步整流和低电源电流，为使用先进锂离子电池化学的系统提供了紧凑的解决方案。

产品特点

• 高负载能力：最大连续负载电流可达2500 mA（VIN = 2.5 V时），最大脉冲负载电流为3.5 A（适用于GSM PA，1 Slot），能够满足高功率应用的需求。
• 高效转换：效率高达97%，能够有效减少能量损耗，延长电池续航时间。
• 宽输入电压范围：输入电压范围为2.5 V至5.5 V，适应不同类型的电池和电源。
• 多种输出电压选项：固定输出电压选项为3.0 V至5.0 V，可以根据具体应用需求进行选择。
• 旁路模式：支持真正的旁路操作（当VIN > 目标VOUT时），可以降低静态电流，提高系统效率。
• 集成同步整流器：减少了外部元件的数量，降低了成本和电路板空间。
• 短路保护：提供短路保护功能，增强了系统的可靠性。
• 低静态电流：有助于降低系统功耗，延长电池使用寿命。
• 小型封装：采用16凸块、1.81 mm x 1.81 mm、0.4 mm间距的晶圆级芯片级封装（WLCSP），适合空间受限的应用。

典型应用

FAN48623适用于多种应用场景，包括：

• 低电压锂离子电池升压：为低电压锂离子电池提供升压功能，防止电压跌落。
• 系统PMIC LDO供电：为系统的PMIC LDO提供稳定的电源。
• 2G/3G/4G RF PA供电：为无线通信设备的射频功率放大器提供电源。
• 智能手机、平板电脑和便携式设备：满足这些设备对高效电源管理的需求。

工作模式

FAN48623具有多种工作模式，以适应不同的负载和输入电压条件。

线性启动模式（LIN）

当EN引脚为高电平且VIN > VUVLO时，调节器尝试使用内部固定电流源将VOUT提升到VIN - 300 mV以内。电流限制在LIN1（约1 A）设定点。如果在LIN1模式下VOUT达到VIN - 300 mV，则启动软启动模式（SS）；否则，LIN1模式在512 μs后超时，进入LIN2模式。在LIN2模式下，电流源增加到约2 A。如果在1024 μs后VOUT仍未达到VIN - 300 mV，则进入故障状态。

软启动模式（SS）

当LIN模式成功完成（VOUT ≥ VIN - 300 mV）后，SS模式开始。调节器开始开关操作，升压谷电流限制在升压模式标称水平的50%。在SS模式下，VOUT通过逐步调整内部参考电压来升高。如果在64 μs内VOUT未能达到所需电压，则进入故障状态。

升压模式（BST）

这是调节器的正常工作状态，能够将输入电压提升到设定的输出电压。

旁路模式（BPS）

当SS模式成功完成且VIN高于VOUT_TARGET时，设备直接进入BPS模式。在旁路模式下，设备完全增强Q1和Q3，提供从VIN到VOUT的低阻抗路径。

故障状态（FAULT）

调节器在以下情况下进入FAULT状态：

• VOUT未能达到从LIN状态进入SS状态所需的电压。
• VOUT未能达到从SS状态进入BST状态所需的电压。
• 在BST状态下，升压谷电流限制触发2 ms。
• 在BPS状态下，VIN到VOUT的电压降超过160 mV。
• VIN < VUVLO。

如果触发故障，调节器停止开关操作，并在VIN和VOUT之间呈现高阻抗路径。等待20 ms后，尝试自动重启。

应用信息

输出电容（COUT）

输出电容的选择对于系统的稳定性至关重要。小尺寸、高值的陶瓷电容的有效电容（CEFF）会随着偏置电压的增加而减小。为了保证稳定运行，需要根据不同的输出电压选择合适的最小CEFF值。

电感选择

推荐的标称电感值为0.47 μH。FAN48623采用谷电流限制，在过载条件下，电感峰值电流在短时间内可达到6.5 A。由于饱和效应，在高负载下电感电流纹波会增大，因为只有电感电流纹波的谷值受到控制。

启动浪涌电流限制

在软启动期间，输入电流限制生效，限制了用于充电COUT和VOUT线上任何附加电容的电流。如果输出在设定限制内未能达到调节状态，则会发生FAULT，导致电路关闭，20 ms后重启。

输出电压纹波

输出电压纹波与COUT成反比。在开关导通期间（tON），所有负载电流由COUT提供。输出纹波可以通过以下公式计算： [V{RIPPLE(P - P)} = t{ON} cdot frac{I{LOAD}}{C{OUT}}] [t{ON} = t{SW} cdot D = t{SW} cdot left(1 - frac{V{IN}}{V{OUT}}right)] [t{SW} = frac{1}{f{SW}}] [V{RIPPLE(P - P)} = t{SW} cdot left(1 - frac{V{IN}}{V{OUT}}right) cdot frac{I{LOAD}}{C_{OUT}}]

从公式可以看出，当VIN为最小值且ILOAD为最大值时，VRIFFLE达到最大值。

布局建议

为了最小化VOUT处的尖峰，COUT必须尽可能靠近PGND和VOUT放置。同时，为了散热考虑，建议最大化除SW平面外的所有平面的敷铜面积，特别是接地敷铜应填充所有可用的PCB表面积，并通过一组热过孔连接到内部层。

总结

Onsemi的FAN48623同步升压调节器是一款功能强大、性能优越的电源管理芯片。它具有高负载能力、高效转换、宽输入电压范围等特点，适用于多种应用场景。通过合理选择输出电容、电感，以及优化布局设计，可以充分发挥FAN48623的性能，为电子设备提供稳定、高效的电源解决方案。电子工程师在设计过程中，应根据具体应用需求，仔细考虑这些因素，以确保系统的可靠性和性能。你在使用类似的升压调节器时，有没有遇到过什么问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。