SGM61720：高效60V輸入同步降壓轉(zhuǎn)換器的深度解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理芯片是至關(guān)重要的組成部分。今天，我們將深入探討SGM61720這款高性能的同步降壓轉(zhuǎn)換器，看看它在實(shí)際應(yīng)用中能為我們帶來(lái)哪些優(yōu)勢(shì)。

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一、產(chǎn)品概述

SGM61720是一款采用恒定導(dǎo)通時(shí)間（COT）控制的同步降壓轉(zhuǎn)換器，具有6V至60V的寬輸入電壓范圍。通過(guò)內(nèi)部參考電壓，其輸出電壓可調(diào)節(jié)至最高24V，輸出電流能力達(dá)2.5A，且能在幾乎固定的準(zhǔn)恒定頻率下工作（頻率取決于輸出電壓設(shè)置）。輕載時(shí)，電感電流在每個(gè)周期達(dá)到零（DCM工作模式），設(shè)備會(huì)切換到省電模式，此時(shí)頻率下降并隨負(fù)載變化，以保持高效率。

產(chǎn)品特性

• 集成MOSFET：集成了100mΩ/75mΩ的功率MOSFET，減少了外部元件數(shù)量，提高了功率密度。
• 寬輸入電壓范圍：6V至60V的輸入電壓范圍，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。
• 高輸出電流能力：具備2.5A/5V的輸出電流能力，可滿足大多數(shù)負(fù)載需求。
• COT控制：采用COT控制架構(gòu)，無(wú)需環(huán)路補(bǔ)償即可實(shí)現(xiàn)高降壓轉(zhuǎn)換比和出色的瞬態(tài)響應(yīng)。
• 多種工作模式：支持省電模式和PWM模式，可根據(jù)負(fù)載情況自動(dòng)切換，提高效率。
• 內(nèi)部軟啟動(dòng)：1ms的內(nèi)部軟啟動(dòng)功能，可限制浪涌電流。
• 可調(diào)節(jié)輸出電壓：輸出電壓可調(diào)節(jié)至最高24V，滿足不同應(yīng)用需求。
• 預(yù)偏置啟動(dòng)：支持預(yù)偏置啟動(dòng)，方便系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
• 寬工作溫度范圍：-40℃至+125℃的工作結(jié)溫范圍，適應(yīng)各種惡劣環(huán)境。
• 綠色封裝：采用綠色SOIC - 8（外露焊盤）封裝，符合環(huán)保要求。

應(yīng)用領(lǐng)域

SGM61720適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景，包括非隔離電信降壓穩(wěn)壓器、二次高壓后置穩(wěn)壓器、汽車系統(tǒng)、移動(dòng)基站和48V工業(yè)系統(tǒng)等。

二、電氣特性與性能

電氣特性

在典型工作條件下（(T{J}= +25^{circ}C)，(V{IN}=48V)，(V{out}=5V)，(I{out}=1A)，(L = 22mu H)，(C_{OUT}=47mu F)），SGM61720展現(xiàn)出了出色的電氣性能。例如，輸入電壓范圍為6V至60V，靜態(tài)電流為90μA（典型值），關(guān)斷電源電流僅為3μA（典型值）。

典型性能特性

通過(guò)一系列的典型性能特性曲線，我們可以更直觀地了解SGM61720在不同工作條件下的表現(xiàn)。例如，輸出電壓紋波、啟動(dòng)過(guò)程、關(guān)斷過(guò)程、短路恢復(fù)等特性曲線，為我們?cè)u(píng)估芯片在實(shí)際應(yīng)用中的性能提供了重要參考。

三、工作原理與控制模式

恒定導(dǎo)通時(shí)間（COT）控制

與傳統(tǒng)的電壓模式控制（VMC）或電流模式控制（CMC）不同，COT控制是一種無(wú)時(shí)鐘信號(hào)和補(bǔ)償放大器的滯回模式控制。當(dāng)內(nèi)部比較器檢測(cè)到輸出電壓低于期望輸出電壓時(shí)，每個(gè)開關(guān)周期以恒定導(dǎo)通時(shí)間脈沖開始。導(dǎo)通時(shí)間由輸入電壓決定，可通過(guò)公式(t{ON}(mu s)=96 × frac{0.158(M Omega)}{V{IN}-0.4}+t{DELAY})（其中(t{DELAY})約為50ns）計(jì)算。

電源選擇

當(dāng)輸出電壓小于5V、上電期間或輸出電壓設(shè)置小于5V時(shí)，內(nèi)部電路的電源取自(V{IN})；當(dāng)(V{OUT}>5V)時(shí)，內(nèi)部電源將切換到(V_{OUT})，以減少損耗。

省電模式

SGM61720有PWM模式、省電模式和睡眠模式三種主要工作模式。重載時(shí)工作在PWM模式，輕載時(shí)進(jìn)入省電模式，此時(shí)內(nèi)部功耗顯著降低，工作頻率隨負(fù)載下降。極輕載且關(guān)斷時(shí)間超過(guò)10μs時(shí)，設(shè)備進(jìn)入睡眠模式，系統(tǒng)電流損耗僅約90μA。

四、保護(hù)功能

電流限制

當(dāng)輸出出現(xiàn)過(guò)流時(shí)，SW節(jié)點(diǎn)電流會(huì)反映這一情況。如果高端開關(guān)電流超過(guò)其限制（約4.5A），高端開關(guān)將自動(dòng)關(guān)閉，經(jīng)過(guò)短暫死區(qū)時(shí)間后，低端開關(guān)開啟以接管電感電流。當(dāng)?shù)投碎_關(guān)電流低于1.5A時(shí)，高端開關(guān)將再次開啟。

輸出過(guò)壓保護(hù)（OVP）

如果FB引腳檢測(cè)到的電壓超過(guò)標(biāo)稱值的110%，則認(rèn)為輸出出現(xiàn)過(guò)壓事件，設(shè)備進(jìn)入過(guò)壓保護(hù)狀態(tài)。此時(shí)，開關(guān)停止工作，高端和低端開關(guān)均保持關(guān)閉。在大多數(shù)情況下，誤差放大器能夠維持輸出電壓在規(guī)定范圍內(nèi)，并將電壓恢復(fù)正常。

熱關(guān)斷（TSD）

SGM61720會(huì)監(jiān)測(cè)結(jié)溫，當(dāng)結(jié)溫超過(guò)+160℃（典型值）時(shí)，設(shè)備將停止PWM開關(guān)。當(dāng)結(jié)溫下降約30℃時(shí)，設(shè)備將自動(dòng)恢復(fù)工作。

五、應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

輸出電壓設(shè)置

通過(guò)外部電阻分壓器從輸出節(jié)點(diǎn)連接到FB引腳來(lái)設(shè)置輸出電壓。建議使用公差為1%或更好的電阻，以確保輸出精度。(R{1})的推薦取值范圍為10kΩ至100kΩ，不建議使用大于400kΩ的值，因?yàn)檫@會(huì)使反饋路徑更容易受到噪聲干擾。為避免噪聲過(guò)大影響(V{FB})，(R_{2})必須小于50kΩ。

輸出電感（L）

設(shè)計(jì)時(shí)需考慮電感的四個(gè)參數(shù)：標(biāo)稱電感值、直流電阻、飽和電流和最大RMS電流。為在尺寸、損耗和成本之間取得良好平衡，可將電感紋波電流設(shè)置為最大輸出電流的40%。

輸出電容

輸出電容和電感用于過(guò)濾PWM開關(guān)電壓的交流部分，并提供可接受的輸出電壓紋波。電容還存儲(chǔ)能量，以幫助在負(fù)載瞬變期間維持輸出電壓調(diào)節(jié)。輸出電壓紋波取決于輸出電容值、工作電壓和溫度以及其寄生參數(shù)（ESR和ESL）。

輸入電容

設(shè)計(jì)輸入電容時(shí)，需考慮電容值、ESR、電流額定值和電壓額定值。電容值應(yīng)足夠大，ESR應(yīng)足夠小，以將輸入電壓紋波限制在遠(yuǎn)小于輸入欠壓鎖定（UVLO）滯后值（SGM61720標(biāo)稱值為700mV）。

六、PCB布局指南

PCB布局在電源設(shè)計(jì)中至關(guān)重要，不正確的布局可能會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)定性、負(fù)載和線路瞬態(tài)調(diào)節(jié)問(wèn)題、輸出電壓噪聲和EMI問(wèn)題。以下是一些PCB布局建議：

• 使用短、寬且直接的走線進(jìn)行大電流連接（IN、SW和GND）。
• 開關(guān)節(jié)點(diǎn)（SW）的走線應(yīng)短，并遠(yuǎn)離反饋網(wǎng)絡(luò)走線。
• 盡量縮短BS電壓路徑。
• 將去耦電容靠近IN和GND引腳放置。
• 如果在輸出端使用大容量電容，應(yīng)在OUT和GND引腳附近添加一個(gè)1μF或更大值的陶瓷電容。
• 去耦電容應(yīng)盡可能靠近LDO和GND引腳。
• 將反饋電阻盡可能靠近對(duì)噪聲敏感的FB引腳放置。

七、總結(jié)

SGM61720是一款功能強(qiáng)大、性能出色的同步降壓轉(zhuǎn)換器，具有寬輸入電壓范圍、高輸出電流能力、多種保護(hù)功能和高效的工作模式。在實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)和布局，它能夠?yàn)楦鞣N電子系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的電源解決方案。你在使用類似的降壓轉(zhuǎn)換器時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。