深入剖析 SGM61020SD/SGM61020PSD：2A 高效同步降壓轉(zhuǎn)換器

各位電子工程師們，今天來和大家詳細(xì)聊聊 SGMICRO 推出的 SGM61020SD 和 SGM61020PSD 這兩款 2A 高效同步降壓轉(zhuǎn)換器。在電子設(shè)備對電源效率和性能要求日益提高的當(dāng)下，這兩款芯片無疑是出色的解決方案。

文件下載：SGM61020SD_SGM61020PSD.pdf

一、產(chǎn)品概述

SGM61020SD 和 SGM61020PSD 是具備 2A 輸出電流能力和可調(diào)節(jié)輸出電壓的高效同步降壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。其輸入電源電壓范圍為 2.5V 至 5.5V ，采用自適應(yīng)關(guān)斷時間峰值電流控制，對于負(fù)載超過 1mA 的情況，效率高于 80% ，在中等負(fù)載范圍（5V 至 3.3V ）下效率可達(dá) 95% 。這意味著在不同的負(fù)載條件下，芯片都能保持較高的效率，有效地降低功耗。

二、突出特性

（1）寬輸入電壓與可調(diào)節(jié)輸出

輸入電壓范圍為 2.5V 至 5.5V ，輸出電壓可在 0.6V 至輸入電壓之間調(diào)節(jié)，這種靈活性使得它能適應(yīng)多種不同的電源和負(fù)載需求。大家在設(shè)計不同電壓要求的電路時，無需再為尋找合適的降壓芯片而煩惱。

（2）高轉(zhuǎn)換效率

最高可達(dá) 95% 的效率，能顯著降低能量損耗，延長電池壽命，對于電池供電的設(shè)備來說尤為重要。想象一下，在移動設(shè)備中使用該芯片，就能讓設(shè)備續(xù)航更持久。

（3）低導(dǎo)通電阻開關(guān)

低 RDSON 開關(guān)（83mΩ/48mΩ）可減少開關(guān)損耗，進(jìn)一步提高效率。這就好比在電路中減少了不必要的“阻力”，讓電流更順暢地流動。

（4）輕載節(jié)能模式

具備功率節(jié)省模式（PSM），輕載時采用脈沖跳躍調(diào)制，靜態(tài)電流低至典型值 44μA ，關(guān)機(jī)電流典型值僅 0.5μA （MAX），非常適合電池供電應(yīng)用，能有效延長電池使用時間。

（5）多種保護(hù)功能

擁有過流保護(hù)、熱關(guān)斷保護(hù)、輸入欠壓鎖定（UVLO）保護(hù)等多種保護(hù)功能，能確保芯片在異常情況下的安全性和穩(wěn)定性。就像給芯片穿上了一層“鎧甲”，讓它能抵御各種“危險”。

（6）其他特性

100% 占空比實(shí)現(xiàn)低壓差操作；1.5MHz PWM 開關(guān)頻率，可使用小型電感和電容實(shí)現(xiàn)緊湊設(shè)計；SGM61020PSD 還具有電源良好輸出（Power Good Output）和有源輸出放電功能。

三、引腳配置與功能

（1）引腳配置

芯片采用 SOT - 563 - 6 封裝，引腳包括 FB（反饋輸入）、GND（接地）、VIN（電源輸入）、SW（開關(guān)節(jié)點(diǎn)輸出）、EN（使能輸入）等。不同的引腳承擔(dān)著不同的功能，共同協(xié)作完成芯片的降壓轉(zhuǎn)換任務(wù)。

（2）引腳功能

• FB 引腳：用于反饋輸出電壓，通過電阻分壓器將輸出電壓反饋到該引腳，從而設(shè)置輸出電壓。
• EN 引腳：高電平有效使能輸入，施加邏輯低電平可關(guān)閉芯片，上拉至 VIN 可使能芯片，該引腳不能懸空。這就像是芯片的“開關(guān)”，通過它可以方便地控制芯片的工作狀態(tài)。
• PG 引腳（僅 SGM61020PSD）：開漏電源良好輸出，需通過電阻上拉至不超過 5.5V 的正電壓，可用于指示輸出電壓是否在正常范圍內(nèi)。

四、詳細(xì)工作原理

（1）工作模式

• 中重負(fù)載：采用準(zhǔn)固定 1.5MHz 脈沖寬度調(diào)制（PWM）模式，能保證穩(wěn)定的輸出電壓和較高的轉(zhuǎn)換效率。
• 輕負(fù)載：切換至功率節(jié)省模式（PSM），減少開關(guān)頻率和功耗，延長電池壽命。這種根據(jù)負(fù)載情況自動切換工作模式的設(shè)計，體現(xiàn)了芯片的智能化和高效性。

  （2）內(nèi)部電路功能

  內(nèi)部包含電流檢測、軟啟動、PWM 比較器、控制邏輯等電路。軟啟動電路可防止啟動時的輸入浪涌電流和電壓下降，通過緩慢提升誤差放大器參考電壓，使輸出電壓平穩(wěn)上升。

  （3）保護(hù)機(jī)制

• 欠壓鎖定（UVLO）保護(hù)：當(dāng)輸入電壓低于閾值（典型值 2.3V）時，芯片關(guān)閉；輸入電壓上升超過閾值加上遲滯后，芯片重啟。
• 熱關(guān)斷保護(hù)：當(dāng)結(jié)溫超過 +150℃ 時，芯片自動關(guān)閉，結(jié)溫下降 20℃ 后恢復(fù)工作，有效防止芯片因過熱損壞。

五、應(yīng)用電路設(shè)計

（1）輸出電壓設(shè)置

可通過電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)（R1 和 R2）設(shè)置輸出電壓，公式為 (V{OUT }=V{FB} timesleft(1+frac{R{1}}{R{2}}right)=0.6 V timesleft(1+frac{R{1}}{R{2}}right)) 。為兼顧靜態(tài)電流和 FB 引腳的偏置誤差/噪聲免疫力，R2 建議使用 49.9kΩ 電阻。大家在設(shè)計時，可以根據(jù)具體的輸出電壓要求，合理選擇 R1 和 R2 的阻值。

（2）電容選擇

• 輸出電容：一般選擇低 ESR 的 X5R 或 X7R 陶瓷電容，以限制輸出電壓紋波并減少負(fù)載瞬變時的電壓波動。輸出電容的選擇對于芯片的穩(wěn)定性和性能至關(guān)重要，不同的電容參數(shù)會對輸出產(chǎn)生不同的影響。
• 輸入電容：至少使用 4.7μF 低 ESR 的 X5R 或 X7R 陶瓷電容，用于提供轉(zhuǎn)換器的脈動和高頻輸入電流，并解耦這些電流與輸入線的干擾。

  （3）電感選擇

  多數(shù)情況下，1μH 至 2.2μH 的電感適用。電感值越小，物理尺寸越小，但可能因開關(guān)頻率升高導(dǎo)致?lián)p耗增加。電感的選擇還需考慮其熱電流額定值（IRMS）和飽和電流額定值（ISAT），應(yīng)選擇 ISAT 大于 (( ILOADMAX +Delta I{L} / 2) ×1.2) 的電感，避免飽和。

  （4）PCB 布局

  PCB 布局對芯片性能影響重大，應(yīng)將低 ESR 輸入/輸出電容和電感盡可能靠近芯片，使用短、寬且直接的走線；將輸入和輸出電容的 GND 端連接在一起，并與芯片的 GND 引腳和 GND 電源平面單點(diǎn)連接；保持 FB 反饋?zhàn)呔€遠(yuǎn)離噪聲源；在芯片、開關(guān)走線和電感下方使用 GND 層進(jìn)行屏蔽。合理的 PCB 布局能減少干擾，提高芯片的穩(wěn)定性和性能。

六、典型應(yīng)用場景

該芯片適用于通用負(fù)載點(diǎn)（POL）電源、機(jī)頂盒、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、無線路由器、硬盤驅(qū)動器等多種設(shè)備。在這些設(shè)備中，芯片的高性能和穩(wěn)定性能夠得到充分發(fā)揮，為設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠的電源支持。

七、總結(jié)

SGM61020SD 和 SGM61020PSD 2A 高效同步降壓轉(zhuǎn)換器憑借其寬輸入電壓范圍、高轉(zhuǎn)換效率、多種保護(hù)功能和靈活的輸出電壓調(diào)節(jié)能力，為電子設(shè)備的電源設(shè)計提供了優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需根據(jù)具體需求合理選擇外部元件，并注意 PCB 布局，以充分發(fā)揮芯片的性能。大家在使用過程中是否遇到過一些特殊的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。