1、引言

圣邦微电子生产的非同步降压型转换器包括SGM6130、SGM6132、SGM6230、SGM6232和SGM6332等型号。其都具备比较宽的输入电压范围、高效率和2A或3A的输出电流等优异特性。由于在其数据手册中，有一些关于对应型号转换器关键特性的一些波形图和曲线图，这些图形能够让工程师深入了解各个型号转换器的关键特性，进行电路调优，达到使DC/DC转换器的工作效率最高和散热效果最好的效果。因此，这就要求：工程师需要具备分析这些关键特性波形图和曲线图的能力。

SGM6230是一种效率高达94%，额定电流最大可达2A，具有4.5V至38V宽输入电压范围，拥有限流、过热和欠压保护及采用电流模式非同步降压型拓步结构和片内集成功率型MOSFET的DC/DC转换器。其典型应用电路如图1所示。本文以SGM6230转换器为代表，分析该芯片数据手册中关键特性的波形图和曲线图，了解该芯片的关键特性及其在DC/DC转换器调优方面的作用和经验。

图1

2、示波器类波形图

在SGM6230的数据手册中，有图2至图5共4张以示波器显示状态形式表示SGM6230关键特性的波形图。在分析这些波形图时，需要采用分析示波器显示波形的方法进行分析。其横轴是时间轴，例如：图1中2μs/div是指水平方向的1格为2μs，1格有5个分度点，每个分度点是0.4μs；纵轴左边是图中显示波形的类别，右边的参数是对应左边波形类别的纵轴单元格的幅值，例如：图1中的IL是负载电流波形图，其对应左边的1A/div是指纵轴的1格为1A，1格有5个分度点，每个分度点是0.2A。

2.1、开关波形图

SGM6230的开关波形如图2所示。该图形主要说明的是SGM6230开关频率对输入电压、输出电压和输出电流的影响。在分析图1所示的开关波形时，需要采用分析示波器显示波形的方法进行分析。其横轴是时间轴，纵轴是负载电流IL、输出电压VOUT、输入电压VIN和输出引脚VSW的波形图。

在分析该波形图时，必须要知道SGM6230芯片的开关频率：385kHz。因为，该图形中的4种波形的频率都与该芯片的开关频率同步，这不是巧合，而是非同步降压型转换器SGM6230的固有特性。通过图2，我们可以得出关于该芯片的特性：

（1）负载电流IL、输出电压VOUT、输入电压VIN和输出引脚VSW的实际波形不是很平滑的理想直流波形，其受该芯片开关频率的影响，产生对应的脉动和纹波。

（2）负载电流IL：负载电流是一个锯齿波形，其峰峰值约为0.8A，周期约为2.6μs，频率约为384.6kHz。

（3）输出电压VOUT：输出电压的纹波是一个包含杂波的类脉冲波，其峰峰值约为10mV，周期约为2.6μs，频率约为384.6kHz。

（4）输入电压VIN：输入电压的纹波是一个锯齿波形，其峰峰值约为100mV，周期约为2.6μs，频率约为384.6kHz。

（5）输出引脚VSW：输出引脚VSW的电压是一个脉冲波，其高电平约为12V，低电平为0V，周期约为2.6μs，频率约为384.6kHz。

图2

2.2、负载瞬态响应波形图

SGM6230的负载瞬态响应波形如图3所示。该图形主要说明的是SGM6230输出电压随负载变化而瞬态变化并快速恢复到额定输出电压的时间。在分析图3所示的波形时，需要采用分析示波器显示波形的方法进行分析。其横轴是时间轴，200μs/div是指水平方向的1格式200μs，1格有5个分度点，每个分度点是40μs；纵轴是输出电压VOUT和负载电流IL两种类型的波形。输出电压波形纵轴方向每单元格为100mV，每个分度点为20mV；负载电流纵轴方向每单元格为1A，每个分度点为0.2A。从图3中，可以看出SGM6230的以下负载瞬态响应特性：

（1）当发生负载电流IL用约40μs的时间从1A上升至2A的重载突变时，输出电压VOUT突然下降约130mV（用时约40μs）后，又花费约80μs的时间恢复正常。也就是说，当负载突然增加时，SGM6230的输出电压的突发重载瞬态响应时间约为120μs，输出电压的突发重载瞬态变化约为-130mV。

（2）当发生负载电流IL用约40μs的时间从2A上升至1A的轻载突变时，输出电压VOUT突然上升约120mV（用时约40μs）后，又花费约80μs的时间恢复正常。也就是说，当负载突然减轻时，SGM6230的输出电压的突发轻载瞬态响应时间约为120μs，输出电压的突发轻载瞬态变化约为+120mV。

图3

2.3、软启动时间波形图

SGM6230的软启动时间波形如图4所示。该图形主要说明的是SGM6230转换器在带额定负载(额定负载电流为2A)的情况下，输出电压从启动时刻到正常输出额定电压和电流的时间，即软启动时间（其包括输出电压启动时间和负载电流启动时间）。该时间由图1中电容C4的值确定。通过SGM6230数据手册中提供的公司计算可知：当C4=0.1μF时，图1电源电路软启动的时间约为10ms。下面，分析一下图4中的软启动时间是不是10ms。

在分析图4所示的波形时，需要采用分析示波器显示波形的方法进行分析。其横轴是时间轴，4ms/div是指水平方向的1格式4ms，1格有5个分度点，每个分度点是0.8ms；纵轴是输出电压VOUT和负载电流IL两种类型的波形。输出电压波形纵轴方向每单元格为1V，每个分度点为0.2V；负载电流纵轴方向每单元格为1A，每个分度点为0.2A。从图4中，可以看出SGM6230的以下启动特性：

（1）在软启动时间的第1个4ms，输出电压和负载电流出现突变的杂波，由于负载电流是额定负载，负载电流在这段时间发生突变，负载电流突变最大值约为3A。

（2）负载电流从启动时刻至稳定输出额定电流，额定负载电流启动时间约为12ms。

（3）输出电压从启动时刻到额定输出电压的启动时间约为12ms。

（4）输出电压和负载电流的启动时间相同。

从以上结果分析来看，SGM6230转换器数据手册中说的启动时间计算公式会存在一定的误差（主要是外接软启动时间配置电容的电容值、SGM6230内部电路和计算方面的误差），理论计算值为10ms，图4所示实测软启动时间为12ms。

图4

2.4、关机时间波形图

SGM6230的关机时间波形如图5所示。该图形主要说明的是SGM6230转换器在带额定负载(额定负载电流为2A)的情况下，输出电压从断电关机时刻到停止输出额定电压和电流的时间，即关机时间（其包括输出电压关机时间和负载电流关机时间）。该时间由SGM6230内部电路结构和负载的大小确定。

在分析图5所示的波形时，需要采用分析示波器显示波形的方法进行分析。其横轴是时间轴，100μs/div是指水平方向的1格式100μs，1格有5个分度点，每个分度点是0.2μs；纵轴是输出电压VOUT和负载电流IL两种类型的波形。输出电压波形纵轴方向每单元格为1V，每个分度点为0.2V；负载电流纵轴方向每单元格为1A，每个分度点为0.2A。从图5中，可以看出SGM6230的以下关机特性：

（1）负载电流关机时间约为0.4μs。负载电流除了在第1个0.2μs突然下降至-0.2A，在0.4μs时，恢复至0A的轻微变化外，无其它杂波。这说明：当SGM6230转换器关机时，负载电流变化干脆利落。

（2）输出电压关机时间约为300μs。在整个输出电压关机时间内，无杂波，说明：当SGM6230转换器关机时，输出电压干净清爽。

图5

3、负载效率波形图

在SGM6230转换器数据手册中给出了如图6、图7、图8和图9所示的负载效率波形图。这4张图说明了负载电流、输入电压、输出电压和SGM6230转换器效率之间的关系，用于指导工程师根据不同的输出电压选择合适的输入电压及负载电流，以使SGM6230转换器的效率达到最高的状态。这样做，不仅节能，也可以降低SGM6230转换器的发热量，优化产品的散热系统。

图6

从图6中，我们可以看出：当输出电压VOUT为3.3V时，为了是SGM6230转换器的效率最高，最好选择输入电压VIN为5V和负载电流为0.1A～1.5A的工作条件。这样才能保证SGM6230转换器的效率在90%以上。

图7

从图7中，我们可以看出：当输出电压VOUT为5V时，为了是SGM6230转换器的效率最高，最好选择输入电压VIN为9V和负载电流为0.15A～2A的工作条件。这样才能保证SGM6230转换器的效率在90%以上。这张图也说明了SGM6230转换器在这个条件下的效率最好。

图8

从图8中，我们可以看出：当输入电压VIN为36V和输出电压VOUT为3.3V时，为了是SGM6230转换器的效率最高，最好选择负载电流为0.5A～2A的工作条件。这样才能保证SGM6230转换器的效率在77%～80%之间。这张图也说明了SGM6230转换器在这个条件下的效率最高只能为80%。不推荐使用此种工作条件。

图9

从图9中，我们可以看出：当输入电压VIN为36V和输出电压VOUT为5V时，为了是SGM6230转换器的效率最高，最好选择负载电流为0.35A～2A的工作条件。这样才能保证SGM6230转换器的效率在80%～88%之间。这张图也说明了SGM6230转换器在这个条件下的效率最高只能为88%。在逼不得已的情况下，工程师可以使用该条件设计电路。

通过以上对SGM6230转换器负载效率波形的分析，可以得出该转换器的以下负载效率特性：

（1）当输入电压比输出电压高出1V至4V之间，且不带极轻负载（当负载电流约小于0.15A，SGM6230的效率极低，因此，不推荐在极轻负载或空载条件下，使用该芯片）时，SGM6230转换器的效率能够比较容易控制在90%～94%范围内，也能保证SGM6230转换器散热量尽可能的小，有利于优化产品的散热系统。

（2）当输入电压比输出电压高出约10V以上时，SGM6230转换器的效率可能只能控制78%～88%这个范围。为了优化产品的散热，不推荐在此条件下使用SGM6230转换器。

4、反馈电压的温度特性

SGM6230转换器反馈电压的温度特性波形如图10所示。该图形主要说明的是SGM6230反馈电压VFB随温度变化的特性。从图10中，可以得出：

（1）当SGM6230转换器所处的工作温度在-25℃～-40℃范围内时，其反馈电压会出现随温度降低而下降的情况，最大下降约2mV。

（2）当SGM6230转换器所处的工作温度在0℃～25℃范围内时，其反馈电压会出现随温度上升而上升的情况，最大上升约2mV。

（3）当SGM6230转换器所处的工作温度在25℃～75℃范围内时，其反馈电压会出现随温度上升而下降的情况，从25℃的2mV最大上升变化值恢复到正常的0.8V。

（4）当SGM6230转换器所处的工作温度在-25℃～0℃和75℃～85℃范围内时，其反馈电压保持正常的0.8V。

由于SGM6230转换器允许的反馈电压范围是0.776V～0.824V，因此，通过图10可以证明：SGM6230转换器在-40℃～85℃额定工作温度范围内能够通过保证反馈电压的稳定，使输出电压保持稳定。

图10

5、开关频率的温度特性

SGM6230转换器开关频率的温度特性波形如图11所示。该图形主要说明的是SGM6230开关频率随温度变化的特性。从图11中，可以得出：当SGM6230转换器所处的工作温度在-20℃～-40℃和60℃～85℃范围内时，其开关频率会出现随温度降低或上升而下降的情况，约最大下降到375kHz。由于SGM6230转换器允许的开关频率范围是335kHz～435kHz，因此，通过图11可以证明，SGM6230转换器在-40℃～85℃额定工作温度范围内能够非常稳定的工作。

图11

6、限制电流的温度特性

SGM6230转换器限制电流的温度特性波形如图12所示。该图形主要说明的是SGM6230限制电流随温度变化的特性。该限制电流是SGM6230转换器逐周期限制电流保护的阈值。当超过该限制电流阈值时，SGM6230转换器进入保护状态，防止SGM6230转换器因过流而损坏。

从图12可以看出：当温度在-40℃～85℃范围内变化时，其限制电流值随温度的上升在下降。当温度为-40℃时，其限制电流值约为4.25A。当温度为85℃时，其限制电流值约为4.03A。由于SGM6230转换器逐周期限制电流保护阈值典型值为4.2A和其额定电流为2A的特性，因此，图12可以证明SGM6230转换器在-40℃～85℃范围内都具备很好的逐周期限制电流保护特性。

图12

7、总结

通过以上关于SGM6230转换器关键特性相关波形图和曲线图的分析实例，我们可以知道SGM6230转换器最优的工作条件、负载和效率的对应关系、软启动时间、开关频率对转换器关键参数的影响和关机时间及反馈电压、开关频率与限制电流随温度变化的特性。通过了解这些关键特性，能够让我们设计出效率最高，散热性能最好的DC/DC转换器电源电路。

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