作者：盛春波、劉真、成紅玉

摘要

隨著消費類及工業客戶對產品性能要求的不斷提升，尤其在輸入可支持的電壓范圍及體積上的 要求，本公司研發了一款支持超低輸入電壓 1.65V 的同步降壓轉換器 SGM61006，其輸出電壓可調， 最低可到 0.5V，集成的低導通電阻 MOSFET 和低靜態電流確保較高的 DC/DC 轉換效率，AHP-COT 結構控制模式提供了優異的負載瞬態性能。本應用指南從該器件的典型特征出發分別進行了闡述， 并給出典型應用電路以及負載瞬態響應、效率實測曲線，直觀的展示了該器件的優異性能。

1 產品概述

SGM61006 是一款高效、小型化同步降壓轉換器，支持超低輸入電壓。輸入電壓范圍 1.65V 至 5.5V，適用于在 1.8V 局部電源環境下向下轉換和針對兩節干電池、兩串鋅空氣電池、兩串光電池、 銀鋅電池和單節超級電容的應用場景。這種高頻器件不需要外部補償，是緊湊設計的完美解決方案。 該器件在重負載時以脈寬調制（PWM）模式運行，在輕負載時逐漸降低頻率進入脈沖頻率調制（PFM） 模式，在更輕負載時自動進入節電模式（PSM）以保持其高效率。該器件采用自適應滯后和偽恒定 實時控制（AHP-COT）結構，具有優良的負載瞬態性能和輸出穩壓精度。該器件采用綠色環保 WLCSP-0.9×1.3-6B-A 封裝，體積小、數據傳輸路徑短、穩定性高、散熱特性佳，符合可攜式產品 輕薄短小的特性需求。

2 典型特征

2.1 超低輸入電壓 1.65V

SGM61006 的輸入電壓范圍為 1.65V 至 5.5V。該器件可通過進入 100%占空比模式提供低輸入 輸出電壓差。在這種模式下，高側 MOSFET 持續打開，低側 MOSFET 關閉。此功能可以最大限度 地增加電池供電應用的操作時間。為保持適當的輸出電壓，最小輸入電壓計算公式見公式（1）。

V_{IN_MIN} = V_OUT + I_{OUT_MAX} × (R_DSON + R_L) (1)

式中：

V_{IN_MIN}——最小輸入電壓；

I_{OUT_MAX}——最大輸出電流；

R_DSON——高側 MOSFET 導通電阻；

R_L——電感歐姆電阻。

2.2 可調輸出電壓

如圖 1 所示，連接 FB 引腳的外部電阻分壓器可用于設置輸出電壓。通過調節 R1 和 R2，可以 將輸出電壓設置為所需值。計算公式見公式（2）。

V_OUT = V_FB x (1+R₁/R₂) (2)

較低的 R2 值可增加抗噪聲注入的穩健性，較高的 R2 值可降低分壓器的電流消耗，從而提高輕 負載的效率。

2.3 AHP-COT 體系結構

圖 2 展示了使用 AHP-COT 結構的 SGM61006 降壓轉換器的功能框圖。

AHP-COT 控制模式具有以下優點：首先，它內置環路補償網絡，減少了外部器件且使設計更容 易；其次，它可以實現快速的瞬態響應；再次，它還可以在重負載條件下的 PWM 模式平滑過渡到 輕負載條件下的 PSM 模式；此外，AHP-COT 控制模式能夠動態根據輸入電壓、輸出電壓和負載電 流調整開啟持續時間，以實現相對恒定的頻率運行；同時，它通過在分壓節點獲取的反饋電壓疊加 開關節點采樣信號的交流分量生成紋波補償信號，使得其輸出電壓紋波很小，也使得該轉換器系統 可以采用小 ESR 的陶瓷電容作為輸出電容，降低了電路成本和體積。由于其紋波控制模式的優點， 以及在穩態運行時保持了相對穩定的開關頻率，從而將系統中某些特定頻率的敏感頻段的 EMI 干擾 降至最低。

2.4 PWM/PFM/PSM 模式的平滑過渡

在中載到重載時，器件工作在 PWM 模式；在輕負載時，它自動降低工作頻率進入 PFM 模式； 在更輕負載時，它自動切換到 PSM 模式。在 PWM 模式下，器件工作在 3.5MHz 的標稱開關頻率下。當負載電流下降時，器件進入 PFM 或 PSM 狀態，通過降低開關頻率和最小化靜態電流來實現高效 率。PSM 模式有效的降低了系統待機能耗。在關機模式下，全溫度范圍功耗低于 3μA。

圖3 展示了 SGM61006 在 PWM 模式和 PSM 模式穩態工作時的電流電壓波形。測試條件為： T_A=+25℃，V_IN=1.8V，V_OUT=0.9V，C_OUT=22μF，L=0.47μH。

3 產品應用

SGM61006 是一種同步降壓變換器，輸出電壓由反饋分壓器調節。圖 4 展示了 SGM61006 的典 型應用電路圖。這種設計在 0.9V 輸出電壓下輸出電流高達 600mA，輸入電源在 1.65V 到 5.5V 之間。 本應用電路使用陶瓷電容器，因其具有體積小，等效串聯電阻（ESR）低的優點，可以在輸入和輸 出處實現非常低的紋波電壓以及小尺寸電路。另外，采用前饋電容可提高到節電模式的平穩過渡性 能，并改善負載瞬態響應的穩定性和輸出電壓的下沖。

圖 5 展示了SGM61006在1.8V輸入電壓、0.9V 輸出電壓條件下10mA至 600mA的負載瞬態響應。圖 6 展示了SGM61006在不同輸入電壓、0.9V 輸出電壓條件下的效率曲線。測試條件為：TA = +25℃，COUT = 22μF，L = 0.47μH。

4 結論

SGM61006 從 1.65V 至 5.5V 寬的輸入電壓范圍，不僅適用于在 1.8V 局部電源環境下向下轉換 和針對兩節干電池、兩串鋅空氣電池、兩串光電池、銀鋅電池和單節超級電容的應用環境，而且適 用于負載點電源、處理器電源、OLED/LCD 模塊電源等各種電源場景。軟啟動、PWM/PFM/PSM 模 式、可調輸出電壓、欠壓鎖定和熱關斷保護等功能為這款芯片增加了應用靈活性和可靠性。