升壓型DC-DC轉換器SP6644/6645及其應用

關鍵詞：DC-DC SP6644/6645 低功耗 升壓 PFM

1 引言

目前，各類小功耗消費電子產品及便攜式儀器儀表已得到廣泛的應用，其中電源構成是其整體設計中極為關鍵的一環。對此類電源的設計除要求有特定的輸入輸出電壓電流等級外，還需要其具有噪聲低、紋波小、體積小、效率高以及一定的抗干擾和抗電磁兼容等特性，同時，還往往要求其能夠長期穩定可靠地工作。

SP6644/6645是Spice公司生產的一種高效、低功耗升壓型DC-DC變換器，它是目前僅有的能適用于采用一個堿性電池供電的性價比極高的轉換器。因而在諸如傳呼機、遙控裝置、定點設備、醫療監視器等低功耗便攜式終端產品中得到廣泛應用。SP6646/6645采用μSOIC微小封裝，只需很少的外圍元件即可將一節電池的電壓從0.98～1.5V提升至2～5.5V，而且具有紋波上、效率高、性價比極高等優點，能很好地滿足低壓類升壓器件的市場需求。

圖1 SP6644/6645內部電路結構圖

2 結構與工作原理

SP6644/6645的內部結構如圖1所示，該裝置內含一個0.8Ω的同步整流器和一個0.5Ω的N溝道MOSFET功率開關，同時帶有內部參考電壓、PFM（脈沖頻率調制）電路及低電壓比較器。SP6644/6645管腳功能如下：

VBATT：電池電源輸入端，該引腳在IC內部和低電壓比較器的輸入端相連接。

BATTLO：漏極開路低電池輸出端。當SP6644（SP6645）的輸入電壓低于1V（2V）時，此引腳具吸收電流的作用。

RLIM：電感峰值電流編程端在此端連接一個電阻可對電路中的電感峰值電流進行編程設定。

SHDN：低電平有效關機輸入端。

FB：反饋輸入端。

LX：N溝道MOSFET開關漏極和P溝道同步整流器漏極通過此引腳經一電感與VBATT相連。

GND，VOUT：分別為接地腳和電壓輸出端。

2.1 內部自益放大電路

SP6644/6645內部的低電壓啟動振蕩器可將輸出電壓抬升至1.9V以使主DC-DC轉換器正常工作，當電池供電電壓較低時，電路可在輕載情況下啟動。如當輸入電壓小于1V時，可適當減少負載以確保電路啟動。一旦啟動成功，即使電池電壓降至初始啟動電壓以下，輸出電壓仍可維持負載的正常運行。啟動振蕩器由VBATT供電，以驅動一充電電荷泵和NMOS開關。在啟動過程中，P溝道同步整流器保持關斷狀態，其內部、外部二極管均用作輸出整流器。

2.2 BATTLO電路

SP6644內含一個電壓比較器，其作用是進行低電池檢測。若VBATT降至1V以下，BATTLO引腳將會吸收電流，此時BATTLO為漏極開路輸出。SP6645以同樣的方式工作，其門限電壓為2V。

2.3 SP6644的關斷

將SHDN引腳設置為邏輯低電平可使SP6644進入關機模式，在此模式下，BATTLO進入高阻狀態，內部開關MOSFET關斷，同時同步整流器也關斷以阻止反向電流從輸出流至輸入端。若要禁止關斷，應將SHDN與VBATT相連。

2.4 電池反置保護

SP6644/SP6645在組件功耗限制內允許單電池反置。內部二極管可將任何反向電流限制在220mA以內，以避免對裝置的損壞。但反向電流持續工作在220mA以上的，將會降低設備的工作性能。

2.5 PFM電路

脈沖頻率調制（PFM）電路可提供比傳統脈寬調制（PWM）轉換器更高的工作效率。

3 SP6644/6645的主要性能指標

SP6644/6645的主要性能參數如下：

工作溫度：-40～+85℃；

典型工作效率：88%；

典型功耗：390mW；

啟動輸入電壓：0.82V；

輸入電壓范圍：0.3～3.3V或3.3V4%；

輸出電壓范圍：2.0～5.5V；

典型輸出電流：190mA；

關機模式控制電流：5mA。

4 應用電路和參數設計

4.1 輸出為+3.3V的典型電路

SP6644/6645應用電路如圖2所示。將FP直接接地可命名輸出電壓固定工作在+3.3V4%。該設計的外圍電路很簡單，它僅有5個器件，即兩個電容，一個電感及兩個電阻。其中電阻RLIM連接RLIM引腳與地之間，電感接到引腳VBATT和LX，這兩個外圍元件對此電路的工作起著至關重要的作用。

SP6644/6645存在兩種工作狀態：第一種為電池良好，負載激活；第二種為電池良好，負載休眠。在第一種工作狀態下，SP6644/6645的工作效率為88%，可驅動幾十個毫安的電流，在第二種工作狀態下，SP6644/6645具有極小的靜態電流。處于禁止狀態時，可驅動幾百個微安的電流。

4.2 輸出電壓可調應用電路

圖3所示是用SP6644/6645設計的輸出電壓可調的應用電路。圖中，將FB或VOUT和地之間的分壓器相連，通過R1和R2可使輸出電壓在+2V～+5.5V范圍內進行調節。FB腳可通過內部參考電壓設定在+1.25V。

由于FB腳的泄漏電流最大可達10nA，因而設計時應在100kΩ～1MΩ范圍內選擇反饋電阻，輸出電容一般在470μF，輸入電容為220μF，并應選用低ESR電容，同時應使輸入電容盡量靠近SP6644/6645。

4.3 可減小輸入干擾和紋波的應用電路

在SP6644/6645的輸出端加裝一小型SOT23腳封裝的200mA低漏失線性調節器，可起到減小輸出干擾和紋波的作用，其應用電路如圖4所示。

通過對圖5中SP6644的輸出紋波（40～50mVpp）與SP6201輸出紋波（3mVpp）進行比較，可見此應用電路大大減小輸出紋波的干擾量。

5 結論

實驗表明：只要在設計過程中按照要求解決好電感和相應電阻的匹配選擇，SP6644/6645即可穩定工作，而且輸出電壓電流波形平滑，轉換效率很高。另外，由于其體積很小，因而可以方便地在節能模式下工作，且其性價比較高，因此，SP6644/6645在便攜式單電池供電儀器領域具有廣闊的應用前景。