【应用】圣邦微DCDC降压芯片SGM61720用于工业4G/5G路由器电源设计，实测使用效果优异
笔者设计的产品是一款支持NSA和SA双模4/5G网络的4/5G工业路由器，采用工业级设计，具备多重硬件防护，带有外部看门狗电路（SGM820B），即使在严苛环境下也能稳定运行。多天线设计，有效降低同频干扰，提高数据收发能力；2.4GHz与5.8GHz双频WiFi，用户可以自行选择连接。
电源方案采用的是圣邦微（SGMICRO）的同步降压转换器芯片SGM61720，输入电压范围6- 60V，内部参考电压可将输出电压调节至高达 24V。最大持续输出恒定电流为 2.5A ，以固定的300 KHz恒定频率运行。在轻负载情况下，能进入DCM模式下，可以在频率降低的情况下保持高效率运行。
该工业路由器的应用定位为是工业级产品，在配电柜以及室外使用，在此条件下会受到温度以及外部干扰情况，出现外部电源波动、纹波超标以及噪声产生。本文主要讲述为何选择SGM61720芯片、芯片的设计方案、测试结果和问题点解决。
系统方案框架
芯片优势
上下MOS管的导通阻抗分别是100mΩ和75mΩ，很大程度降低了导通时的损耗问题。
工业4G/5G路由器正常运行过程中，电流会保持恒定；但实际启动过程、上电瞬间、查询网络、识别网络以及连接网络过程中，负载电流在达到2A以上，国内DCDC电源芯片制造厂商中，满足大电流输出的厂家比较少，为此圣邦微SGM61720芯片持续电流输出2.5A的优势很大。
输入电压6-60V，满足本次项目所使用的9-36V供电。
内置1ms软启动限制浪涌测试的机制有很大优势，工业级浪涌测试过程中会因为EMC的缘故，会在在设计后端加感性器件，这时浪涌测试的设备输出，会因为感性器件和寄生电容的特性出现浪涌电压反馈波形。此波形会导致电压产生一个ms级别的电压骤降，影响DCDC电源的输出。
浪涌电压反馈波形
此波形为浪涌测试时，DCDC电源输入端和输出端的波形。通道2蓝色波形是浪涌测试时，SGM61720输入端的电压波形，通道1黄色波形为SGM61720输出端的电压波形。
设计方案
本次设计共使用两片SGM61720芯片，一片用于9-36V输入经过降压为3.8V功4G/5G模组供电；另一片用于MTK主控电源供电（内部集成WIFI）。
输入输出电容选择：引脚2以及引脚8（经过电感）选择一大一小两种规格电容进行高低频滤波，防止电源干扰，取值100uf或者22uf（2个）左右，一般选取低ESR,另外根据实际情况确认是否需要储能器件，如需要须增加电解电容。
引脚1为MOSFET高压侧供电，一般选取0.1uf连接到8引脚。
引脚3芯片使能端，一般取值500-600K，大于1.5V启用设备。
引脚4为内部LDO电压输出，将4.7μF陶瓷电容器从该引脚连接至接地。
引脚5为反馈引脚输入，注意反馈信号使用包地方法。
引脚6引脚为为从设备电源供电，但不允许超过30V，所以一般直连到输出电压。
引脚7为接地处理。
引脚8引脚为SW。
纹波调整方案：
1.如果输出电容具有较大的ESR（大电解电容），这时FB引脚的输出纹波主要是由于承载电感电流纹波的ESR。如果输出电压很小，FB引脚看到的波纹足够大，并且相位合适。在这种情况下，转换器有一个稳定的运作，没有任何纹波注入，这种情况要去掉反馈电路C107 C104 R102。
2.使用C107的另一个优点是改善了转换器的瞬态响应，因为增加反馈电容，实际过压、欠压瞬态波形会直接输出到FB引脚。因为反馈电容的原因，FB引脚的瞬态响应波形是输出电压的不失真波形，所以输出电压会随着此机制原因保证输出质量。另外C107的缺点是它可能会恶化转换器输出的调节。为此电容值选择在1nF和100nF之间。
测试结果：(选取典型12V供电，9V、36V均没有问题)
实际测试输入电压分别为9V、12V、36V时，输出电压在满载（MCU、MPU以及模块类全部工作模式）、空载（未使用任何负载情况）、正常适配（标准出货状态）中的电压，满足所有性能要求 。
测试12V输入，5V直流输出电压
测试12V输入5V输出时，SW反馈波形
测试12V输入5V输出时，交流纹波波形
测试12V输入5V输出时，上电瞬间电流趋势以及功耗
测试12V输入5V输出时，正常工作瞬间电流趋势以及功耗
常见问题解决：
1.SW电压开启和关闭过程中异常波形
(1)SW电压开启和关闭过程中出现尖峰过冲
解决法：在MOSFET高压侧供电端1脚与反馈引脚8脚中自举电容串联电阻，如下图红色R、C标记所示
(2)SW尖峰过冲后出现的振铃波形
解决法：1.增加RC snubber电路,如下图蓝色RS、CS标记所示；2.增加RL抑制电路，如下图绿色RL、L标记所示。
此波形为SW反馈的异常波形
2. SW电压轻载振荡问题
解决方法：1.加大电感感值；2.串入的阻尼电阻值；3.PCB布局过程中减少等效电感以及等效电容。
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