升压型DC-DC转换器SP6644/6645及其应用

1 引言

目前，各类小功耗消费电子产品及便携式仪器仪表已得到广泛的应用，其中电源构成是其整体设计中极为关键的一环。对此类电源的设计除要求有特定的输入输出电压电流等级外，还需要其具有噪声低、纹波小、体积小、效率高以及一定的抗干扰和抗电磁兼容等特性，同时，还往往要求其能够长期稳定可靠地工作。

SP6644/6645是Spice公司生产的一种高效、低功耗升压型DC-DC变换器，它是目前仅有的能适用于采用一个碱性电池供电的性价比极高的转换器。因而在诸如传呼机、遥控装置、定点设备、医疗监视器等低功耗便携式终端产品中得到广泛应用。SP6646/6645采用μSOIC微小封装，只需很少的外围元件即可将一节电池的电压从0.98～1.5V提升至2～5.5V，而且具有纹波上、效率高、性价比极高等优点，能很好地满足低压类升压器件的市场需求。

2 结构与工作原理

SP6644/6645的内部结构如图1所示，该装置内含一个0.8Ω的同步整流器和一个0.5Ω的N沟道MOSFET功率开关，同时带有内部参考电压、PFM（脉冲频率调制）电路及低电压比较器。SP6644/6645管脚功能如下：


图1 SP6644/6645内部电路结构图

VBATT：电池电源输入端，该引脚在IC内部和低电压比较器的输入端相连接。
BATTLO：漏极开路低电池输出端。当SP6644（SP6645）的输入电压低于1V（2V）时，此引脚具吸收电流的作用。
RLIM：电感峰值电流编程端在此端连接一个电阻可对电路中的电感峰值电流进行编程设定。
SHDN：低电平有效关机输入端。
FB：反馈输入端。
LX：N沟道MOSFET开关漏极和P沟道同步整流器漏极通过此引脚经一电感与VBATT相连。
GND，VOUT：分别为接地脚和电压输出端。

2.1 内部自益放大电路

SP6644/6645内部的低电压启动振荡器可将输出电压抬升至1.9V以使主DC-DC转换器正常工作，当电池供电电压较低时，电路可在轻载情况下启动。如当输入电压小于1V时，可适当减少负载以确保电路启动。一旦启动成功，即使电池电压降至初始启动电压以下，输出电压仍可维持负载的正常运行。启动振荡器由VBATT供电，以驱动一充电电荷泵和NMOS开关。在启动过程中，P沟道同步整流器保持关断状态，其内部、外部二极管均用作输出整流器。
   
2.2 BATTLO电路

SP6644内含一个电压比较器，其作用是进行低电池检测。若VBATT降至1V以下，BATTLO引脚将会吸收电流，此时BATTLO为漏极开路输出。SP6645以同样的方式工作，其门限电压为2V。

2.3 SP6644的关断

将SHDN引脚设置为逻辑低电平可使SP6644进入关机模式，在此模式下，BATTLO进入高阻状态，内部开关MOSFET关断，同时同步整流器也关断以阻止反向电流从输出流至输入端。若要禁止关断，应将SHDN与VBATT相连。

2.4 电池反置保护

SP6644/SP6645在组件功耗限制内允许单电池反置。内部二极管可将任何反向电流限制在220mA以内，以避免对装置的损坏。但反向电流持续工作在220mA以上的，将会降低设备的工作性能。

2.5 PFM电路

脉冲频率调制（PFM）电路可提供比传统脉宽调制（PWM）转换器更高的工作效率。

3 SP6644/6645的主要性能指标

SP6644/6645的主要性能参数如下：

工作温度：-40～+85℃；
典型工作效率：88%；
典型功耗：390mW；
启动输入电压：0.82V；
输入电压范围：0.3～3.3V或3.3V±4%；
输出电压范围：2.0～5.5V；
典型输出电流：190mA；
关机模式控制电流：5mA。

4 应用电路和参数设计

4.1 输出为+3.3V的典型电路

SP6644/6645应用电路如图2所示。将FP直接接地可命名输出电压固定工作在+3.3V±4%。该设计的外围电路很简单，它仅有5个器件，即两个电容，一个电感及两个电阻。其中电阻RLIM连接RLIM引脚与地之间，电感接到引脚VBATT和LX，这两个外围元件对此电路的工作起着至关重要的作用。



SP6644/6645存在两种工作状态：第一种为电池良好，负载激活；第二种为电池良好，负载休眠。在第一种工作状态下，SP6644/6645的工作效率为88%，可驱动几十个毫安的电流，在第二种工作状态下，SP6644/6645具有极小的静态电流。处于禁止状态时，可驱动几百个微安的电流。

4.2 输出电压可调应用电路

图3所示是用SP6644/6645设计的输出电压可调的应用电路。图中，将FB或VOUT和地之间的分压器相连，通过R1和R2可使输出电压在+2V～+5.5V范围内进行调节。FB脚可通过内部参考电压设定在+1.25V。

由于FB脚的泄漏电流最大可达10nA，因而设计时应在100kΩ～1MΩ范围内选择反馈电阻，输出电容一般在470μF，输入电容为220μF，并应选用低ESR电容，同时应使输入电容尽量靠近SP6644/6645。

4.3 可减小输入干扰和纹波的应用电路

在SP6644/6645的输出端加装一小型SOT23脚封装的200mA低漏失线性调节器，可起到减小输出干扰和纹波的作用，其应用电路如图4所示。


   
通过对图5中SP6644的输出纹波（40～50mVpp）与SP6201输出纹波（3mVpp）进行比较，可见此应用电路大大减小输出纹波的干扰量。



5 结论

实验表明：只要在设计过程中按照要求解决好电感和相应电阻的匹配选择，SP6644/6645即可稳定工作，而且输出电压电流波形平滑，转换效率很高。另外，由于其体积很小，因而可以方便地在节能模式下工作，且其性价比较高，因此，SP6644/6645在便携式单电池供电仪器领域具有广阔的应用前景。