汽車(chē)級(jí)40V、3.5A降壓轉(zhuǎn)換器SGM61434AQ/SGM61434BQ解析

在汽車(chē)電子領(lǐng)域，電源管理芯片起著至關(guān)重要的作用。今天我們就來(lái)深入了解一下圣邦微電子（SGMICRO）推出的SGM61434AQ/SGM61434BQ，這是一款專(zhuān)為汽車(chē)應(yīng)用設(shè)計(jì)的40V、3.5A降壓轉(zhuǎn)換器。

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一、產(chǎn)品概述

SGM61434xQ是一款頻率可編程、內(nèi)部補(bǔ)償?shù)慕祲恨D(zhuǎn)換器，集成了高端MOSFET。它能在4V至40V的寬輸入范圍內(nèi)提供高達(dá)3.5A的輸出電流，非常適合汽車(chē)輸入環(huán)境下的各種降壓應(yīng)用。其睡眠模式靜態(tài)電流僅為47μA（典型值），非常適合電池供電系統(tǒng)，而超低的2.1μA（典型值）關(guān)斷電流則能進(jìn)一步延長(zhǎng)電池壽命。

二、關(guān)鍵特性

1. 汽車(chē)級(jí)認(rèn)證

該器件通過(guò)了AEC - Q100認(rèn)證（汽車(chē)電子委員會(huì)（AEC）標(biāo)準(zhǔn)Q100 1級(jí)），適用于汽車(chē)應(yīng)用，工作溫度范圍為 - 40°C至 + 125°C。

2. 寬輸入電壓范圍

支持4V至40V的輸入電壓，能適應(yīng)多種汽車(chē)電源環(huán)境。

3. 高輸出電流能力

可提供高達(dá)3.5A的連續(xù)輸出電流，滿(mǎn)足大多數(shù)汽車(chē)電子設(shè)備的供電需求。

4. 超低靜態(tài)電流

睡眠模式靜態(tài)電流僅47μA（典型值），關(guān)斷電流低至2.1μA（典型值），有助于降低功耗，延長(zhǎng)電池續(xù)航。

5. 集成高端MOSFET

SOIC封裝的導(dǎo)通電阻為80mΩ，TDFN封裝為90mΩ，可實(shí)現(xiàn)較高的工作效率。

6. 可調(diào)開(kāi)關(guān)頻率

開(kāi)關(guān)頻率可在200kHz至2.5MHz范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，能根據(jù)實(shí)際需求優(yōu)化效率或解決方案尺寸。

7. 頻率同步與擴(kuò)頻選項(xiàng)

支持外部時(shí)鐘同步，SGM61434BQ還具備擴(kuò)頻功能，可降低EMI。

8. 保護(hù)功能

具備熱關(guān)斷、輸入欠壓鎖定、逐周期電流限制、輸出過(guò)壓保護(hù)等多種保護(hù)功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。

三、引腳配置與功能

1. 引腳配置

該器件提供了SOIC - 8（外露焊盤(pán)）和TDFN - 4×4 - 10AL兩種封裝形式，不同封裝的引腳配置有所不同，但都包含了輸入電源、使能、反饋、開(kāi)關(guān)輸出等關(guān)鍵引腳。

2. 引腳功能

• BOOT：內(nèi)部高端驅(qū)動(dòng)器的自舉電源電壓引腳，需連接一個(gè)100nF的高質(zhì)量電容至SW引腳。
• VIN：調(diào)節(jié)器的輸入電源引腳，連接4V至40V的電源。
• EN：轉(zhuǎn)換器的使能輸入引腳，可通過(guò)拉低或拉高該引腳來(lái)控制芯片的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。
• RT/SYNC：電阻定時(shí)或外部時(shí)鐘輸入引腳，可通過(guò)連接外部電阻或同步時(shí)鐘來(lái)設(shè)置開(kāi)關(guān)頻率。
• SS：軟啟動(dòng)控制引腳，連接電容可設(shè)置軟啟動(dòng)時(shí)間。
• FB：調(diào)節(jié)器的反饋輸入引腳，連接到反饋分壓器的抽頭點(diǎn)。
• PGOOD：開(kāi)漏電源良好標(biāo)志輸出引腳，可通過(guò)上拉電阻連接到合適的電壓源。
• GND：電源和模擬接地端子，是內(nèi)部參考、邏輯和調(diào)節(jié)輸出電壓的接地參考。
• SW：調(diào)節(jié)器的開(kāi)關(guān)輸出引腳，內(nèi)部連接有高端功率MOSFET。

四、電氣特性

1. 電源相關(guān)特性

• 工作輸入電壓范圍為4V至40V。
• 欠壓鎖定閾值典型值為3.7V，滯后為300mV。
• 關(guān)斷電源電流典型值為2.1μA，工作靜態(tài)電流（非開(kāi)關(guān)狀態(tài)）典型值為47μA。

2. 使能特性

使能滯后閾值電壓為80mV，EN引腳電流在使能上升閾值 + 50mV時(shí)為 - 4.4μA。

3. 軟啟動(dòng)特性

SS引腳電流典型值為3μA。

4. 電源良好標(biāo)志特性

電源良好標(biāo)志欠壓跳閘閾值為參考電壓的94%（電源良好）和91%（電源不良），過(guò)壓跳閘閾值為參考電壓的109%（電源不良）和105%（電源良好），恢復(fù)滯后為3%（欠壓）和4%（過(guò)壓）。

5. 電壓參考特性

參考電壓在 + 25°C時(shí)典型值為0.750V，在 - 40°C至 + 125°C范圍內(nèi)為0.735V至0.772V。

6. 高端MOSFET特性

SOIC封裝的導(dǎo)通電阻典型值為80mΩ，TDFN封裝為90mΩ，高端MOSFET電流限制典型值為5.4A。

7. 熱性能特性

熱關(guān)斷閾值為173°C，熱關(guān)斷滯后為15°C。

五、工作原理與詳細(xì)描述

1. 基本工作原理

SGM61434xQ采用峰值電流模式控制，能提供良好的線路和負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)，并減少輸出電容。輕載時(shí)，通過(guò)特殊的省電模式可提高效率。

2. 最小輸入電壓與欠壓鎖定

推薦的最小工作輸入電壓為4V，當(dāng)輸入電壓低于欠壓鎖定閾值時(shí)，器件將停止開(kāi)關(guān)。

3. 使能輸入與欠壓鎖定調(diào)整

EN引腳內(nèi)部由電流源上拉，默認(rèn)處于高電平?？赏ㄟ^(guò)電阻分壓器調(diào)整輸入欠壓鎖定閾值。

4. 低壓差操作與自舉柵極驅(qū)動(dòng)

內(nèi)部調(diào)節(jié)器使用0.1μF陶瓷電容為柵極驅(qū)動(dòng)器提供偏置電壓。當(dāng)輸入電壓接近輸出電壓時(shí)，只要自舉電壓大于欠壓鎖定閾值，器件將以最大占空比運(yùn)行。

5. SS引腳與軟啟動(dòng)調(diào)整

建議在SS和GND引腳之間添加軟啟動(dòng)電容，以設(shè)置1ms至10ms的軟啟動(dòng)時(shí)間。內(nèi)部3μA的電流對(duì)電容充電，提供線性電壓斜坡。

6. 斜率補(bǔ)償

為避免占空比超過(guò)50%時(shí)PWM脈沖寬度不穩(wěn)定和振蕩，內(nèi)部添加了補(bǔ)償斜坡。

7. 省電模式

輕載時(shí)，器件進(jìn)入脈沖跳越省電模式（PSM），降低開(kāi)關(guān)脈沖數(shù)量以保持高效率。

8. 同步功能

內(nèi)部振蕩器可在250kHz至2300kHz范圍內(nèi)與外部邏輯時(shí)鐘同步。

9. 開(kāi)關(guān)頻率與定時(shí)電阻

通過(guò)在RT/SYNC和GND引腳之間連接定時(shí)電阻，可將開(kāi)關(guān)頻率設(shè)置在200kHz至2500kHz之間。

10. 電源良好標(biāo)志

TDFN封裝的器件具有電源良好（PGOOD）引腳，用于指示輸出電壓是否在期望范圍內(nèi)。

11. 過(guò)流保護(hù)與頻率折返

過(guò)流保護(hù)由電流模式控制自然提供，在短路或過(guò)載情況下，頻率折返功能可防止電感電流失控。

12. 過(guò)壓瞬態(tài)保護(hù)

當(dāng)FB電壓超過(guò)參考電壓的109%時(shí)，MOSFET關(guān)斷；當(dāng)電壓低于105%時(shí)，MOSFET重新開(kāi)啟。

13. 擴(kuò)頻開(kāi)關(guān)（僅SGM61434BQ）

SGM61434BQ采用擴(kuò)頻技術(shù)，可平坦化產(chǎn)生的EMI頻譜，降低大的EMI峰值。

14. 熱關(guān)斷

當(dāng)結(jié)溫超過(guò)173°C時(shí)，熱關(guān)斷保護(hù)電路將停止開(kāi)關(guān)，以防止器件過(guò)熱。

六、應(yīng)用信息

1. 典型應(yīng)用電路

以將7V至40V電源電壓轉(zhuǎn)換為5V為例，介紹了典型應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)，包括輸入電容、電感、外部二極管、輸出電容、自舉電容等外部組件的選擇和設(shè)計(jì)。

2. 設(shè)計(jì)參數(shù)與開(kāi)關(guān)頻率選擇

設(shè)計(jì)參數(shù)包括輸入電壓、輸出電壓、輸出電流、開(kāi)關(guān)頻率等。開(kāi)關(guān)頻率的選擇需要在損耗和組件尺寸之間進(jìn)行權(quán)衡。

3. 外部組件設(shè)計(jì)

• 輸入電容：需進(jìn)行高頻去耦，可選用10μF至22μF的高品質(zhì)陶瓷電容，電壓額定值為最大輸入電壓的兩倍。
• 電感：根據(jù)公式計(jì)算電感值，一般選擇較小的電感以獲得較大的帶寬和較小的尺寸，同時(shí)要考慮電感的飽和電流和紋波電流。
• 外部二極管：需選擇能承受應(yīng)用絕對(duì)最大額定值的二極管，反向阻斷電壓要高于最大輸入電壓，峰值電流要高于最大電感電流。
• 輸出電容：設(shè)計(jì)時(shí)需考慮輸出電壓紋波和負(fù)載電流大變化時(shí)的瞬態(tài)響應(yīng)，可根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算最小輸出電容和最大允許的ESR。
• 自舉電容：選用0.1μF的高品質(zhì)陶瓷電容，電壓額定值為10V或更高，必要時(shí)可串聯(lián)一個(gè)5Ω至10Ω的電阻以降低EMI。

4. UVLO設(shè)置

可通過(guò)EN引腳的外部電壓分壓器對(duì)輸入欠壓鎖定進(jìn)行編程，根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算電阻值。

5. 反饋電阻設(shè)置

使用外部電阻分壓器設(shè)置輸出電壓，根據(jù)公式計(jì)算反饋電阻值。

6. 布局考慮

PCB布局對(duì)開(kāi)關(guān)電源的性能至關(guān)重要，需遵循一些布局準(zhǔn)則，如旁路VIN引腳到GND引腳、最小化回路面積和路徑長(zhǎng)度、連接GND引腳到外露焊盤(pán)、保持SW區(qū)域最小并遠(yuǎn)離敏感信號(hào)等。

七、總結(jié)

SGM61434AQ/SGM61434BQ是一款性能出色的汽車(chē)級(jí)降壓轉(zhuǎn)換器，具有寬輸入電壓范圍、高輸出電流能力、超低靜態(tài)電流、多種保護(hù)功能等優(yōu)點(diǎn)。在設(shè)計(jì)汽車(chē)電子電源系統(tǒng)時(shí)，工程師可以根據(jù)具體需求合理選擇和使用該器件，并注意外部組件的設(shè)計(jì)和PCB布局，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。大家在實(shí)際應(yīng)用中遇到過(guò)哪些電源管理芯片的問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。