深入解析FAN48618：2.5 MHz同步升壓調(diào)節(jié)器的卓越性能與應(yīng)用

在電子設(shè)備日益小型化和高性能化的今天，電源管理芯片的性能直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。今天我們要深入探討的是安森美（onsemi）推出的FAN48618，一款2.5 MHz的固定輸出同步升壓調(diào)節(jié)器，它在電池供電應(yīng)用中展現(xiàn)出了卓越的性能。

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一、FAN48618概述

FAN48618是一款低功耗升壓調(diào)節(jié)器，專為從標(biāo)準(zhǔn)單節(jié)鋰離子電池和先進(jìn)電池化學(xué)物質(zhì)中提供最小電壓調(diào)節(jié)軌而設(shè)計(jì)。即使在低于系統(tǒng)最小電池電壓的情況下，該設(shè)備也能保持輸出電壓的穩(wěn)定調(diào)節(jié)。內(nèi)置功率晶體管、同步整流和低電源電流的組合，使其非常適合電池供電應(yīng)用。它采用9凸點(diǎn)、0.4 mm間距的晶圓級(jí)芯片尺寸封裝（WLCSP），體積小巧，非常適合對(duì)空間要求較高的應(yīng)用。

二、關(guān)鍵特性

2.1 電氣特性

• 輸入輸出電壓：輸入電壓范圍為2.7 V至4.8 V，輸出電壓固定為5.25 V，能夠滿足大多數(shù)設(shè)備對(duì)5V電源的需求。
• 同步整流：內(nèi)部同步整流技術(shù)提高了轉(zhuǎn)換效率，減少了功率損耗，延長(zhǎng)了電池續(xù)航時(shí)間。
• 負(fù)載斷開(kāi)：具備真正的負(fù)載斷開(kāi)功能，可在不需要電源時(shí)切斷負(fù)載與電源的連接，進(jìn)一步降低功耗。
• 短路保護(hù)：當(dāng)輸出發(fā)生短路時(shí)，芯片能夠自動(dòng)保護(hù)，防止損壞。

2.2 封裝與外部組件

• 封裝：采用9凸點(diǎn)、1.215 mm x 1.215 mm、0.4 mm間距的WLCSP封裝，尺寸小巧，適合高密度電路板設(shè)計(jì)。
• 外部組件：僅需要三個(gè)外部組件，包括一個(gè)2012 0.47 μH電感、一個(gè)0402 4.7 μF輸入電容和一個(gè)0603 22 μF輸出電容，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

FAN48618的應(yīng)用非常廣泛，主要包括以下幾個(gè)方面：

• D類音頻放大器和USB OTG電源：為音頻放大器和USB OTG功能提供穩(wěn)定的5V電源，確保音質(zhì)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。
• 低壓鋰離子電池升壓：可將低電壓的鋰離子電池電壓升高到5V，滿足設(shè)備對(duì)更高電壓的需求。
• 智能手機(jī)、平板電腦、便攜式設(shè)備和可穿戴設(shè)備：這些設(shè)備對(duì)電源管理芯片的尺寸和性能要求較高，F(xiàn)AN48618的小巧封裝和高效性能正好滿足了這些需求。

四、電氣規(guī)格

4.1 絕對(duì)最大額定值

在使用FAN48618時(shí)，需要注意其絕對(duì)最大額定值，超過(guò)這些值可能會(huì)損壞設(shè)備。例如，VIN引腳的電壓范圍為 -0.3 V至6.0 V，VOUT引腳的電壓范圍同樣為 -0.3 V至6.0 V等。

4.2 推薦工作條件

推薦的工作條件包括輸入電壓范圍為2.7 V至4.8 V，輸出電流最大為1200 mA，環(huán)境溫度范圍為 -40°C至85°C等。在這些條件下，芯片能夠正常工作并發(fā)揮最佳性能。

4.3 電氣特性

• 電源：靜態(tài)電流在VIN = 3.6 V、IOUT = 0、EN = VIN時(shí)為90 - 140 μA，關(guān)機(jī)狀態(tài)下電流極低。
• 輸入輸出：使能引腳的高電平電壓為1.2 V，低電平電壓為0.4 V；輸出電壓精度在DC條件下為 -2%至4%。
• 時(shí)序：開(kāi)關(guān)頻率典型值為2.5 MHz，軟啟動(dòng)時(shí)間為1000 μs等。

五、功能描述

5.1 工作模式

FAN48618有三種工作模式：線性啟動(dòng)（LIN）模式、軟啟動(dòng)（SS）模式和升壓（BST）模式。

• LIN模式：當(dāng)EN為高電平且VIN > VUVLO時(shí)，調(diào)節(jié)器嘗試使用內(nèi)部固定電流源將VOUT提升到接近VIN的水平。
• SS模式：LIN模式成功完成后，調(diào)節(jié)器開(kāi)始以升壓脈沖進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作，電流限制為標(biāo)稱水平的50%。
• BST模式：這是調(diào)節(jié)器的正常工作模式，在該模式下，電流模式調(diào)制器可實(shí)現(xiàn)出色的瞬態(tài)響應(yīng)和CCM與DCM操作之間的平滑過(guò)渡。

5.2 啟動(dòng)和關(guān)機(jī)

當(dāng)EN為低電平時(shí)，所有偏置電路關(guān)閉，調(diào)節(jié)器進(jìn)入關(guān)機(jī)模式，此時(shí)可防止電流從VIN流向VOUT以及從VOUT流向VIN。啟動(dòng)時(shí)，建議將負(fù)載電流保持在50 mA以下，直到設(shè)備成功啟動(dòng)。

5.3 故障狀態(tài)

調(diào)節(jié)器在以下情況下會(huì)進(jìn)入故障狀態(tài)：VOUT未能達(dá)到從LIN模式到SS模式或從SS模式到BST模式所需的電壓；升壓電流限制在BST模式下觸發(fā)2 ms；VIN - VOUT > 300 mV；VIN < VUVLO。一旦觸發(fā)故障，調(diào)節(jié)器停止開(kāi)關(guān)操作，并在等待20 ms后嘗試自動(dòng)重啟。

5.4 過(guò)溫保護(hù)

當(dāng)芯片溫度超過(guò)150°C時(shí)，調(diào)節(jié)器會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，當(dāng)芯片冷卻約20°C后會(huì)重新啟動(dòng)。

六、應(yīng)用信息

6.1 輸出電容

小尺寸、高值陶瓷電容的有效電容會(huì)隨著偏置電壓的增加而減小。FAN48618在特定的有效電容值下可保證穩(wěn)定運(yùn)行，例如在VOUT = 5.25 V、VIN = 2.7至4.5 V、負(fù)載電流為0至1000 mA時(shí)，所需的有效電容為5 μF。

6.2 電感選擇

推薦的標(biāo)稱電感值為0.47 μH。FAN48618采用谷值電流限制，在過(guò)載情況下，電感峰值電流可在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到3.6 A。

6.3 啟動(dòng)

軟啟動(dòng)期間，輸入電流限制會(huì)限制為COUT和VOUT線上的其他電容充電的電流。如果輸出未能在軟啟動(dòng)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)達(dá)到調(diào)節(jié)狀態(tài)，則會(huì)觸發(fā)故障，電路將關(guān)閉并在約20 ms后嘗試重啟。

6.4 輸出電壓紋波

輸出電壓紋波與COUT成反比，可通過(guò)增加輸出電容來(lái)改善紋波性能。最大紋波發(fā)生在VIN最小且負(fù)載電流最大時(shí)。

6.5 布局建議

為了減少VOUT處的尖峰，COUT應(yīng)盡可能靠近PGND和VOUT放置。為了獲得最佳的熱性能，除了SW引腳外，應(yīng)最大化所有平面的銅澆鑄面積，特別是接地平面應(yīng)填充所有可用的PCB表面積，并通過(guò)熱過(guò)孔與內(nèi)部層連接。

七、總結(jié)

FAN48618作為一款高性能的同步升壓調(diào)節(jié)器，憑借其小巧的封裝、豐富的功能和出色的性能，在電池供電應(yīng)用中具有廣泛的應(yīng)用前景。電子工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)產(chǎn)品時(shí)，可以充分考慮其特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，以實(shí)現(xiàn)更高效、穩(wěn)定的電源管理方案。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類似芯片的挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。