第一章：B628升壓芯片概述

B628是一款高性能、低功耗、固定頻率、電流模式的升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器。這款芯片以其集成度高、外圍元件少、易于設(shè)計等優(yōu)點(diǎn)，成為許多小型、低功耗應(yīng)用中的理想選擇。B628通常采用小巧的SOT23-6封裝，這使得它非常適合空間受限的應(yīng)用。

1.1 B628芯片的關(guān)鍵特性

B628芯片具備一系列引人注目的特性，使其在各種應(yīng)用中脫穎而出：

• 高效率: B628的轉(zhuǎn)換效率通?？梢赃_(dá)到93%甚至更高，有些型號甚至可以達(dá)到97%。高效率意味著在將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓的過程中，能量損耗極小，這對于電池供電的應(yīng)用尤為重要，能夠顯著延長電池續(xù)航時間。

• 寬輸入電壓范圍: B628支持2V至24V的寬輸入電壓范圍，這使得它能夠兼容多種電源輸入，例如單節(jié)鋰電池、多節(jié)干電池或USB供電等。

• 可調(diào)輸出電壓: 芯片的輸出電壓可以通過外部電阻分壓器進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，最高可達(dá)28V。這種靈活性允許設(shè)計師根據(jù)具體應(yīng)用需求設(shè)置所需的輸出電壓。

• 固定開關(guān)頻率: B628通常采用1.2MHz的固定開關(guān)頻率。高開關(guān)頻率的優(yōu)勢在于可以使用更小尺寸的電感器和電容器，從而進(jìn)一步縮小整體解決方案的體積，降低成本。

• 集成80mΩ功率MOSFET: 芯片內(nèi)部集成了低導(dǎo)通電阻的功率MOSFET，這有助于降低功耗，提高效率，并減少外部元件的數(shù)量。

• 內(nèi)部4A開關(guān)電流限制: 內(nèi)部電流限制功能為芯片提供了過流保護(hù)，確保在負(fù)載過大或短路情況下芯片的安全運(yùn)行。

• 自動脈沖頻率調(diào)制（PFM）模式: 在輕載條件下，B628能夠自動切換到PFM模式。PFM模式在輕載時通過降低開關(guān)頻率來進(jìn)一步提高效率，這對于延長電池壽命至關(guān)重要，因?yàn)樵S多便攜設(shè)備在大部分時間都處于輕載或待機(jī)狀態(tài)。

• 內(nèi)部軟啟動: 內(nèi)部軟啟動功能可以有效限制啟動時的浪涌電流，保護(hù)電源輸入端和芯片本身免受瞬態(tài)沖擊。

• 全面的保護(hù)功能: 除了電流限制，B628還集成了欠壓鎖定（UVLO）和熱關(guān)斷保護(hù)。欠壓鎖定確保芯片在輸入電壓低于安全工作閾值時停止工作，防止不穩(wěn)定的運(yùn)行；熱關(guān)斷則在芯片內(nèi)部溫度過高時關(guān)閉，防止過熱損壞。

• 小尺寸封裝: SOT23-6封裝極大地節(jié)省了PCB空間，使其非常適合小型化和高密度集成設(shè)計。

1.2 B628芯片的典型應(yīng)用

B628芯片因其出色的性能和緊湊的尺寸，被廣泛應(yīng)用于以下領(lǐng)域：

• 電池供電設(shè)備: 例如智能手機(jī)、平板電腦、數(shù)碼相機(jī)、便攜式媒體播放器、藍(lán)牙耳機(jī)等，這些設(shè)備通常需要從低壓電池獲得更高的電壓來驅(qū)動顯示屏、音頻放大器或其他高性能組件。

• 便攜式醫(yī)療設(shè)備: 血糖儀、助聽器等，對電源效率和尺寸有嚴(yán)格要求。

• LED驅(qū)動: 為LED背光或LED照明提供穩(wěn)定的高壓電源。B628的可調(diào)輸出電壓和高效率使其成為理想的LED驅(qū)動解決方案。

• 物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備: 各種傳感器節(jié)點(diǎn)、智能家居設(shè)備等，通常由電池供電，需要高效的電源管理以延長工作時間。

• USB供電設(shè)備: 將USB的5V輸入提升到更高電壓以滿足特定負(fù)載的需求。

• 礦機(jī)哈希板電源: 例如Whatsminer M30/M31/M32/M53和Ebit E12哈希板的17V升壓芯片，B628在這些高功率應(yīng)用中也扮演著重要角色。

第二章：升壓轉(zhuǎn)換器（Boost Converter）工作原理

理解B628的工作原理，首先需要掌握DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器的基本工作機(jī)制。升壓轉(zhuǎn)換器是一種開關(guān)模式電源（SMPS），通過周期性地開關(guān)一個電感器來實(shí)現(xiàn)電壓的提升。

2.1 基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

一個典型的升壓轉(zhuǎn)換器由以下幾個核心組件構(gòu)成：

• 輸入電容（C_IN）: 用于穩(wěn)定輸入電壓，濾除輸入端的紋波。

• 電感器（L）: 能量存儲元件，在開關(guān)導(dǎo)通時儲存能量，在開關(guān)關(guān)斷時釋放能量。

• 開關(guān)（S）: 通常是MOSFET，由控制器（即B628芯片內(nèi)部的控制電路）進(jìn)行高速開關(guān)。

• 二極管（D）: 用于在開關(guān)關(guān)斷時將能量傳遞到輸出端，并阻止輸出電容通過開關(guān)放電。

• 輸出電容（C_OUT）: 用于平滑輸出電壓，濾除輸出端的紋波，并提供負(fù)載所需的瞬態(tài)電流。

• 負(fù)載（R_LOAD）: 接收穩(wěn)壓后的輸出電壓的設(shè)備或電路。

• 反饋網(wǎng)絡(luò): 通常由電阻分壓器組成，將輸出電壓的一部分反饋給控制器，以便控制器根據(jù)設(shè)定值調(diào)整占空比。

2.2 工作模式詳解

升壓轉(zhuǎn)換器的工作可以分為兩個主要階段：

2.2.1 開關(guān)導(dǎo)通（ON）階段

當(dāng)內(nèi)部功率MOSFET（開關(guān)S）導(dǎo)通時：

• 電流路徑: 輸入電壓（V_IN）通過電感器（L）和導(dǎo)通的開關(guān)（S）形成一個閉合回路。

• 能量儲存: 電感器（L）開始充電，電流線性增加。由于電感器的特性是阻止電流的瞬時變化，所以電流會逐漸增大，電感器中存儲磁場能量。此時，二極管（D）反向偏置，輸出電容（C_OUT）向負(fù)載（R_LOAD）供電，維持輸出電壓。

• 電壓關(guān)系: 理想情況下，開關(guān)S的壓降為零，因此電感器兩端的電壓等于輸入電壓V_IN。根據(jù)電感的伏秒平衡原理，此階段電感電流的斜率為 VIN/L。

2.2.2 開關(guān)關(guān)斷（OFF）階段

當(dāng)內(nèi)部功率MOSFET（開關(guān)S）關(guān)斷時：

• 電流路徑: 電感器（L）中的電流不能立即變?yōu)榱悖浯鎯Φ哪芰繒ㄟ^二極管（D）和輸出電容（C_OUT）向負(fù)載（R_LOAD）傳輸。此時，電感器產(chǎn)生一個反向電動勢（感應(yīng)電壓），疊加在輸入電壓V_IN之上。

• 能量釋放與傳遞: 電感器和輸入電壓共同為輸出電容充電并向負(fù)載供電。電感器通過二極管將儲存的能量和來自輸入端的能量一同釋放到輸出端。

• 電壓關(guān)系: 此時，流過電感的電流減小。電感器兩端的電壓為 VIN?VOUT。由于輸出電壓 VOUT 高于輸入電壓 VIN，因此電感器兩端的電壓實(shí)際上是負(fù)值（相對電感充電方向）。根據(jù)電感的伏秒平衡，此階段電感電流的斜率為 (VIN?VOUT)/L。

2.3 連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）與非連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）

升壓轉(zhuǎn)換器的工作模式取決于電感電流是否在每個開關(guān)周期內(nèi)降至零。

• 連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）: 在一個開關(guān)周期內(nèi)，電感電流始終保持在正值，不降至零。這意味著在開關(guān)導(dǎo)通之前，電感中仍然有電流流過。CCM模式下，輸出紋波較小，但控制相對復(fù)雜。B628在重載條件下通常工作在CCM模式。

• 非連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）: 在一個開關(guān)周期內(nèi)，電感電流在開關(guān)關(guān)斷期間會降至零，并在開關(guān)再次導(dǎo)通之前保持零電流一段時間。DCM模式下，由于電流降至零，可以實(shí)現(xiàn)更高的輕載效率，因?yàn)樗苊饬朔聪蚧謴?fù)損耗和導(dǎo)通損耗。B628的自動PFM模式（脈沖頻率調(diào)制）就是一種在輕載時切換到DCM或類似模式以提高效率的機(jī)制。

2.4 占空比與輸出電壓

升壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系由開關(guān)的**占空比（D）**決定。占空比定義為開關(guān)導(dǎo)通時間（TON）與一個開關(guān)周期（TS）的比值：

D=TON/TS

在理想的CCM模式下，升壓轉(zhuǎn)換器的輸入電壓和輸出電壓之間存在以下關(guān)系：

VOUT=VIN/(1?D)

從這個公式可以看出，當(dāng)占空比D增大時，輸出電壓 VOUT 也會隨之增大。B628芯片通過其內(nèi)部的控制環(huán)路（通常是電流模式PWM控制）自動調(diào)節(jié)占空比，以維持設(shè)定的輸出電壓。

第三章：B628芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與控制

B628作為一款高度集成的升壓芯片，其內(nèi)部包含了多個功能模塊，共同實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電壓轉(zhuǎn)換。

3.1 內(nèi)部框圖分析

雖然B628的具體內(nèi)部框圖可能因制造商而異，但典型的結(jié)構(gòu)會包含以下關(guān)鍵部分：

• PWM控制器: 這是芯片的核心，負(fù)責(zé)產(chǎn)生用于驅(qū)動內(nèi)部MOSFET的脈沖寬度調(diào)制（PWM）信號。

• 誤差放大器: 將來自反饋引腳（FB）的電壓與內(nèi)部精確的參考電壓（通常是0.6V）進(jìn)行比較，產(chǎn)生一個誤差信號。這個誤差信號反映了實(shí)際輸出電壓與期望輸出電壓之間的偏差。

• 基準(zhǔn)電壓源: 提供一個高精度、溫度穩(wěn)定的內(nèi)部參考電壓，用于誤差放大器進(jìn)行比較。

• 電流感應(yīng)與限制電路: 實(shí)時監(jiān)測流經(jīng)內(nèi)部MOSFET的峰值電流。當(dāng)電流達(dá)到內(nèi)部設(shè)定的限制（例如4A）時，此電路會立即關(guān)斷MOSFET，防止過流損壞。

• 驅(qū)動器: 負(fù)責(zé)提供足夠的電流來快速開啟和關(guān)閉內(nèi)部功率MOSFET，以最小化開關(guān)損耗。

• 功率MOSFET: 內(nèi)部集成的功率開關(guān)管，用于對電感器進(jìn)行周期性充放電。

• 軟啟動電路: 在芯片啟動時逐漸增加占空比，控制輸出電壓的上升速率，從而抑制啟動時的浪涌電流。

• 欠壓鎖定（UVLO）電路: 監(jiān)測輸入電壓，當(dāng)輸入電壓低于預(yù)設(shè)閾值時，芯片進(jìn)入關(guān)斷狀態(tài)，防止在輸入電壓過低時工作不穩(wěn)定或損壞。

• 熱關(guān)斷（TSD）電路: 監(jiān)測芯片內(nèi)部溫度，當(dāng)溫度超過安全極限時，芯片將自動關(guān)閉，以防止過熱損壞。

• PFM/PWM模式控制邏輯: 根據(jù)負(fù)載電流的大小，自動在PWM模式（重載時高效）和PFM模式（輕載時高效）之間切換，以優(yōu)化全負(fù)載范圍內(nèi)的效率。

3.2 電流模式控制

B628通常采用電流模式控制。這種控制方式相比電壓模式控制具有諸多優(yōu)勢：

• 更快的瞬態(tài)響應(yīng): 由于控制環(huán)路直接響應(yīng)電感電流的變化，因此在負(fù)載瞬變時能更快地調(diào)整占空比，從而更好地穩(wěn)定輸出電壓。

• 更簡單的環(huán)路補(bǔ)償: 電流模式控制使得控制環(huán)路更像一個單極點(diǎn)系統(tǒng)，簡化了外部補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

• 固有的逐周期電流限制: 通過將峰值電感電流與一個閾值進(jìn)行比較，可以實(shí)現(xiàn)逐周期的電流限制，為芯片提供快速的過流保護(hù)。

• 更好的輸入電壓抑制比: 對輸入電壓變化的響應(yīng)更快，從而提供更好的線路調(diào)整率。

在電流模式控制中，誤差放大器的輸出信號通常被用作一個電流參考，與電感電流的斜坡波形進(jìn)行比較，以確定MOSFET的關(guān)斷時間。這種方式使得電感峰值電流直接受控。

3.3 PFM模式與輕載效率

為了在輕載條件下保持高效率，B628集成了自動PFM模式。在重載時，芯片工作在固定的1.2MHz PWM模式，提供穩(wěn)定的輸出電壓和較低的紋波。然而，當(dāng)負(fù)載電流減小到一定程度時，如果繼續(xù)保持高頻率PWM工作，開關(guān)損耗（包括MOSFET的開關(guān)損耗和柵極驅(qū)動損耗）將變得相對較大，導(dǎo)致效率下降。

PFM模式的工作原理是：在輕載時，芯片會跳過一些開關(guān)周期，或者降低開關(guān)頻率，從而減少開關(guān)動作的次數(shù)。這樣，在維持輸出電壓的同時，顯著降低了開關(guān)損耗，從而提高了輕載效率。當(dāng)負(fù)載再次增大時，芯片會平穩(wěn)地從PFM模式切換回PWM模式。這種智能模式切換是B628在電池供電應(yīng)用中具有競爭力的重要原因。

第四章：B628應(yīng)用電路設(shè)計與元件選擇

成功應(yīng)用B628芯片需要仔細(xì)考慮外圍元件的選擇和PCB布局。這些因素直接影響到轉(zhuǎn)換器的性能、效率、穩(wěn)定性和可靠性。

4.1 典型應(yīng)用電路

一個典型的B628升壓應(yīng)用電路通常包含以下核心元件：

• 輸入電容 (C_IN): 連接在VIN引腳和GND之間。

• 電感器 (L): 連接在VIN和SW引腳之間。

• 肖特基二極管 (D): 連接在SW引腳和VOUT之間，陰極朝向VOUT。

• 輸出電容 (C_OUT): 連接在VOUT引腳和GND之間。

• 反饋電阻分壓器 (R1, R2): 連接在VOUT和GND之間，分壓點(diǎn)連接到FB引腳。

• 使能引腳 (EN): 通常連接到VIN或通過一個電阻上拉到VIN，以使能芯片。

4.2 關(guān)鍵元件選擇

4.2.1 輸入電容 (C_IN)

• 功能: 輸入電容的主要作用是穩(wěn)定輸入電壓，濾除輸入紋波，并提供瞬態(tài)電流給電感器。它還有助于降低由開關(guān)動作引起的輸入電流尖峰。

• 類型: 推薦使用低ESR（等效串聯(lián)電阻）的陶瓷電容。陶瓷電容在高頻下具有良好的性能，ESR低，且體積小。

• 容值: 容值選擇取決于輸入電壓紋波要求和瞬態(tài)響應(yīng)需求。通常建議使用至少4.7μF到10μF的陶瓷電容，并盡可能靠近VIN引腳放置。如果輸入電源阻抗較高，可能需要更大的輸入電容。

• 電壓額定值: 至少應(yīng)為最大輸入電壓的1.5倍至2倍。

4.2.2 電感器 (L)

• 功能: 電感器是升壓轉(zhuǎn)換器中的能量存儲元件。其選擇對效率、紋波電流和瞬態(tài)響應(yīng)至關(guān)重要。

• 電感值: B628芯片通常推薦使用4.7μH到22μH范圍內(nèi)的電感器。具體選擇取決于所需的輸出電流、輸入/輸出電壓、開關(guān)頻率以及可接受的紋波電流。較大的電感值會減小峰值電感電流和輸出紋波，但會增加電感器的物理尺寸和成本；較小的電感值則允許使用更小的電感器，但會導(dǎo)致更大的紋波電流和潛在的效率下降。通常，建議選擇使電感紋波電流約為最大輸出電流的20%至40%的電感值。

• 飽和電流 (Isat): 電感器的飽和電流必須高于B628的內(nèi)部峰值開關(guān)電流限制（通常為4A）。如果電感器在峰值電流下飽和，其電感值會急劇下降，導(dǎo)致更大的紋波電流甚至芯片損壞。因此，選擇飽和電流裕量充足的電感器至關(guān)重要。

• 直流電阻 (DCR): DCR越低越好，因?yàn)樗鼤苯訉?dǎo)致能量損耗，影響轉(zhuǎn)換效率。

• 類型: 推薦使用屏蔽式功率電感器，以減少電磁干擾（EMI）。

4.2.3 肖特基二極管 (D)

• 功能: 肖特基二極管由于其低正向壓降和快速開關(guān)特性，是升壓轉(zhuǎn)換器中的理想選擇。它用于在MOSFET關(guān)斷時提供電流路徑到輸出端。

• 反向擊穿電壓 (V_RRM): 肖特基二極管的反向擊穿電壓必須高于最大輸出電壓，并留有足夠的裕量（例如，最大輸出電壓的1.2至1.5倍）。

• 正向電流 (I_F): 肖特基二極管的正向電流額定值應(yīng)至少是最大輸出電流的1.5倍到2倍，以應(yīng)對峰值電流和熱應(yīng)力。

• 類型: 務(wù)必使用肖特基二極管，而不是普通的整流二極管。普通二極管的反向恢復(fù)時間較長，會在高頻開關(guān)應(yīng)用中產(chǎn)生顯著損耗。

4.2.4 輸出電容 (C_OUT)

• 功能: 輸出電容的主要作用是平滑輸出電壓紋波，并在負(fù)載瞬態(tài)變化時提供瞬時電流，以維持輸出電壓的穩(wěn)定性。

• 類型: 推薦使用低ESR的陶瓷電容。同樣，它們在高頻下的性能優(yōu)異。

• 容值: 容值選擇取決于輸出電壓紋波要求和負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。通常建議使用至少10μF到47μF的陶瓷電容。在某些對紋波要求高的應(yīng)用中，可能需要并聯(lián)多個陶瓷電容，或并聯(lián)一個低ESR的電解電容。

• 電壓額定值: 應(yīng)至少為最大輸出電壓的1.5倍至2倍。

4.2.5 反饋電阻分壓器 (R1, R2)

• 功能: 用于將輸出電壓分壓，并將其反饋到B628的FB引腳，與內(nèi)部參考電壓進(jìn)行比較。

• 計算: 輸出電壓由以下公式?jīng)Q定：VOUT=VFB×(1+R1/R2)其中 VFB 是B628的內(nèi)部反饋參考電壓，通常為0.6V。 選擇R2的值，然后計算R1。通常建議R2在10kΩ到100kΩ之間，以平衡功耗和噪聲敏感度。過小的電阻值會增加功耗，過大的電阻值會使反饋網(wǎng)絡(luò)對噪聲更加敏感。

• 精度: 選用精度較高的電阻（如1%精度），以確保輸出電壓的精確性。

4.3 PCB布局注意事項(xiàng)

PCB布局對于開關(guān)電源的性能至關(guān)重要，不當(dāng)?shù)牟季挚赡軐?dǎo)致效率低下、噪聲問題、穩(wěn)定性差甚至芯片損壞。對于B628這種高頻開關(guān)芯片，以下布局原則至關(guān)重要：

• 最小化開關(guān)電流環(huán)路:

• 輸入環(huán)路: 輸入電容、電感和MOSFET（芯片內(nèi)部）形成的輸入電流環(huán)路（VIN -> L -> SW -> GND -> C_IN -> VIN）應(yīng)該盡可能短且緊湊。將輸入電容盡可能靠近B628的VIN引腳和GND引腳放置。

• 輸出環(huán)路: 電感、二極管、輸出電容和MOSFET（芯片內(nèi)部）形成的輸出電流環(huán)路（SW -> D -> C_OUT -> GND -> SW）也應(yīng)盡可能短且緊湊。將肖特基二極管和輸出電容盡可能靠近SW引腳、VOUT引腳和GND引腳放置。

• 這些環(huán)路承載著高頻、大電流，因此應(yīng)使用寬而短的走線，以最小化寄生電感和電阻。

• 大面積接地: 在PCB的底層或內(nèi)層使用大面積的接地層（Ground Plane）。一個良好的接地層可以提供低阻抗的返回路徑，減少噪聲和EMI，并幫助散熱。

• 隔離噪聲敏感節(jié)點(diǎn):

• SW節(jié)點(diǎn): SW引腳是高頻開關(guān)節(jié)點(diǎn)，電壓和電流變化劇烈，會產(chǎn)生大量噪聲。應(yīng)盡量減小SW節(jié)點(diǎn)相關(guān)走線的面積，并遠(yuǎn)離敏感的模擬信號走線（如FB反饋線）。

• 反饋路徑: FB反饋引腳是高阻抗和對噪聲敏感的節(jié)點(diǎn)。反饋電阻分壓器應(yīng)盡可能靠近FB引腳放置，并遠(yuǎn)離SW節(jié)點(diǎn)和電感。反饋?zhàn)呔€應(yīng)盡可能短，并避免與高頻噪聲源并行布線。如果可能，可以在反饋?zhàn)呔€下方放置地線。

• 散熱: 盡管B628的效率很高，但在大電流工作時仍會產(chǎn)生一定的熱量。SOT23-6封裝的熱阻相對較高，因此在芯片下方的GND引腳應(yīng)連接到盡可能大的銅面積，或通過熱過孔連接到內(nèi)部接地層，以幫助散熱。

• 避免環(huán)路天線: 避免在高頻電流路徑中形成大的電流環(huán)路，因?yàn)檫@會像天線一樣輻射EMI。

• 器件放置:

• 輸入電容、電感、肖特基二極管和輸出電容應(yīng)緊密排列在B628芯片周圍。

• 電感器應(yīng)遠(yuǎn)離噪聲敏感的模擬電路和反饋路徑。

• 肖特基二極管的正向壓降會隨著溫度升高而降低，這可能會影響輸出電壓的穩(wěn)定性。將其放置在遠(yuǎn)離反饋網(wǎng)絡(luò)的位置有助于減少熱耦合。

第五章：B628的保護(hù)功能與可靠性

B628芯片集成了多種保護(hù)功能，旨在提高系統(tǒng)的魯棒性和可靠性，防止在異常工作條件下發(fā)生損壞。

5.1 欠壓鎖定 (UVLO)

• 原理: 欠壓鎖定（Under-Voltage Lockout, UVLO）電路持續(xù)監(jiān)測芯片的輸入電壓（VIN）。當(dāng)輸入電壓低于預(yù)設(shè)的UVLO閾值（例如1.98V）時，芯片內(nèi)部的功率MOSFET會強(qiáng)制關(guān)斷，并且芯片進(jìn)入低功耗模式。

• 作用: 這種保護(hù)機(jī)制可以防止芯片在輸入電壓過低（例如電池電量不足）時嘗試工作。在低輸入電壓下，芯片可能無法正常啟動或維持穩(wěn)定輸出，并且由于內(nèi)部電路無法獲得足夠的工作電壓，可能導(dǎo)致工作不穩(wěn)定，甚至產(chǎn)生異常損耗。UVLO確保芯片僅在輸入電壓足夠高以保證其正常和穩(wěn)定運(yùn)行時才開始工作。UVLO通常具有一定的遲滯（例如100mV），以防止在輸入電壓接近閾值時發(fā)生頻繁的開關(guān)動作。

5.2 逐周期電流限制

• 原理: B628內(nèi)部集成了電流感應(yīng)電路，實(shí)時監(jiān)測流經(jīng)內(nèi)部功率MOSFET的峰值電流。當(dāng)峰值電流達(dá)到預(yù)設(shè)的內(nèi)部電流限制閾值（通常為4A）時，控制電路會立即關(guān)斷MOSFET，直到下一個開關(guān)周期開始。

• 作用: 逐周期電流限制是一種快速、有效的過流保護(hù)機(jī)制。它可以在負(fù)載短路、輸出過載或電感飽和等異常情況下，限制流過MOSFET和電感器的最大電流，從而防止這些元件因過流而損壞。這種保護(hù)機(jī)制響應(yīng)迅速，確保了系統(tǒng)在故障情況下的安全性。

5.3 熱關(guān)斷 (TSD)

• 原理: 熱關(guān)斷（Thermal Shutdown, TSD）電路監(jiān)測芯片內(nèi)部的結(jié)溫。當(dāng)芯片內(nèi)部溫度超過預(yù)設(shè)的熱關(guān)斷閾值（例如155°C）時，芯片會立即停止所有開關(guān)活動，進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。

• 作用: 熱關(guān)斷功能可以防止芯片因過熱而永久性損壞。長時間的過載、不良的散熱設(shè)計或異常高的環(huán)境溫度都可能導(dǎo)致芯片溫度升高。TSD功能在檢測到過熱風(fēng)險時及時關(guān)閉芯片，待溫度降至安全水平后，芯片通常會自動恢復(fù)工作（具體取決于芯片型號和設(shè)計）。這極大地提高了芯片的可靠性和系統(tǒng)的耐用性。

5.4 軟啟動 (Soft Start)

• 原理: 軟啟動功能在芯片上電或使能時，逐步增加內(nèi)部控制環(huán)路的參考電壓或電流限制，從而使輸出電壓平穩(wěn)地從零上升到設(shè)定值。

• 作用: 軟啟動的主要目的是限制啟動時的浪涌電流。如果沒有軟啟動，在啟動瞬間，輸出電容可能需要從輸入端抽取非常大的電流進(jìn)行充電，這可能會導(dǎo)致輸入電源電壓跌落、損壞輸入開關(guān)元件，或者觸發(fā)輸入電源的過流保護(hù)。通過軟啟動，啟動電流被有效控制在一個可接受的范圍內(nèi)，保護(hù)了系統(tǒng)和芯片本身。

5.5 可靠性設(shè)計考量

除了芯片內(nèi)部的保護(hù)功能，系統(tǒng)設(shè)計師在應(yīng)用B628時，還需要從以下幾個方面考慮整體系統(tǒng)的可靠性：

• 元件裕量: 選擇所有外圍元件（電感、電容、二極管、電阻）時，其電壓、電流和功率額定值應(yīng)留有足夠的裕量，通常建議為最大預(yù)期工作值的1.2倍到1.5倍，以應(yīng)對瞬態(tài)應(yīng)力、溫度變化和元件老化。

• PCB散熱: 盡管B628效率高，但在大功率應(yīng)用中，仍需關(guān)注PCB的散熱設(shè)計。確保功率路徑上的銅面積足夠大，尤其是在芯片的GND引腳下方，可以有效幫助熱量散發(fā)。如果負(fù)載電流較大，可能需要考慮多層板以利用內(nèi)層進(jìn)行散熱。

• ESD保護(hù): 在輸入和輸出端口增加適當(dāng)?shù)腅SD（靜電放電）保護(hù)元件，以防止靜電放電對芯片和整個系統(tǒng)造成損壞。

• EMI/EMC抑制: 開關(guān)電源固有的高頻開關(guān)特性會產(chǎn)生電磁干擾（EMI）。良好的PCB布局（如前所述的短而緊湊的電流環(huán)路、大面積接地層、隔離噪聲源）是抑制EMI的關(guān)鍵。在必要時，可能還需要增加輸入和輸出濾波器（如共模扼流圈、鐵氧體磁珠）來進(jìn)一步降低輻射和傳導(dǎo)EMI。

• 瞬態(tài)保護(hù): 在輸入端增加瞬態(tài)電壓抑制器（TVS），以保護(hù)芯片免受電源線上的電壓尖峰影響。

• 元件質(zhì)量: 選用高質(zhì)量、可靠性好的無源元件，例如工業(yè)級或汽車級的陶瓷電容和功率電感，以確保長期穩(wěn)定運(yùn)行。

第六章：B628與其他升壓芯片的比較與選型指導(dǎo)

市場上存在眾多升壓芯片，B628只是其中的一種。了解其在同類產(chǎn)品中的定位以及如何根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行選型是至關(guān)重要的。

6.1 B628的優(yōu)勢與局限性

優(yōu)勢：

• 高集成度與小尺寸: 內(nèi)部集成MOSFET和多數(shù)控制電路，SOT23-6封裝極小，非常適合空間受限的便攜設(shè)備。

• 高效率: 在寬負(fù)載范圍內(nèi)都能保持較高效率，特別是輕載下的PFM模式，有效延長電池壽命。

• 成本效益: 作為通用型升壓芯片，通常具有良好的性價比。

• 易于使用: 外圍元件少，設(shè)計相對簡單，有助于縮短開發(fā)周期。

• 完善的保護(hù)功能: UVLO、電流限制和熱關(guān)斷提高了系統(tǒng)可靠性。

局限性：

• 最大輸出電流限制: B628通常適用于2A-4A峰值開關(guān)電流的應(yīng)用，如果需要更大的輸出電流，可能需要選擇更大功率的升壓芯片或采用并聯(lián)方案（但通常不推薦）。

• 輸出電壓限制: 雖然可達(dá)28V，但對于某些需要更高輸出電壓（如更高電壓串聯(lián)LED驅(qū)動）的應(yīng)用可能不夠。

• 固定開關(guān)頻率: 1.2MHz的固定頻率雖然有助于小型化，但在某些特殊應(yīng)用中可能需要更低的頻率來降低開關(guān)損耗，或者更高的頻率以進(jìn)一步減小元件尺寸（但這通常也意味著更高的開關(guān)損耗）。

• 紋波: 作為開關(guān)電源，輸出紋波不可避免。對于對紋波要求極高的敏感模擬電路，可能需要在B628之后再增加LDO（低壓差線性穩(wěn)壓器）進(jìn)行二次穩(wěn)壓和濾波。

6.2 升壓芯片選型指導(dǎo)

在選擇升壓芯片時，需要綜合考慮以下幾個關(guān)鍵參數(shù)和應(yīng)用需求：

6.2.1 輸入電壓范圍 (VIN)

• 確定應(yīng)用中可能的最低和最高輸入電壓。例如，單節(jié)鋰電池供電（3.0V-4.2V）、USB供電（5V）、多節(jié)干電池（1.5V x N）。確保所選芯片的輸入電壓范圍能夠完全覆蓋。B628的2V-24V范圍非常寬泛，適用于多數(shù)常見輸入源。

6.2.2 輸出電壓 (VOUT)

• 確定所需的固定輸出電壓或可調(diào)范圍。B628的可調(diào)輸出電壓至28V，可以滿足大部分中低壓應(yīng)用需求。如果需要更高的電壓，則需選擇其他型號。

6.2.3 最大輸出電流 (IOUT,MAX)

• 計算在最壞情況下（例如最低輸入電壓、最高輸出電壓）負(fù)載可能需要的最大電流。然后根據(jù)芯片的峰值開關(guān)電流限制和升壓比（IIN≈IOUT/(1?D)），估算出芯片內(nèi)部開關(guān)所需的峰值電流。確保所選芯片的開關(guān)電流限制能夠滿足峰值電流要求，并留有足夠的裕量。B628的4A開關(guān)電流限制通常對應(yīng)1A-2A的實(shí)際輸出電流（具體取決于升壓比）。

6.2.4 效率要求

• 效率是電池供電應(yīng)用的關(guān)鍵指標(biāo)。如果應(yīng)用對電池續(xù)航時間要求嚴(yán)格，應(yīng)選擇在目標(biāo)工作點(diǎn)（特定輸入、輸出電壓和負(fù)載電流）效率最高的芯片。B628在輕載和重載下都具有不錯的效率表現(xiàn)。

6.2.5 開關(guān)頻率

• 開關(guān)頻率影響外部電感器和電容器的尺寸。高頻率（如B628的1.2MHz）允許使用更小的元件，但可能會增加開關(guān)損耗和EMI。低頻率可以降低損耗，但需要更大的元件。根據(jù)對尺寸、效率和EMI的要求進(jìn)行權(quán)衡。

6.2.6 封裝尺寸

• 對于空間受限的應(yīng)用，封裝尺寸是一個重要的考慮因素。SOT23-6等小型封裝是首選。

• 散熱要求: 結(jié)合封裝尺寸和最大輸出功率，評估是否需要額外的散熱措施或更大尺寸的封裝。

6.2.7 保護(hù)功能

• 確認(rèn)芯片是否具備必要的保護(hù)功能，如過流保護(hù)、欠壓鎖定、熱關(guān)斷、短路保護(hù)等。這些功能對于提高系統(tǒng)可靠性至關(guān)重要。B628提供了全面的保護(hù)。

6.2.8 瞬態(tài)響應(yīng)與輸出紋波

• 某些應(yīng)用（如模擬電路供電）對電壓瞬態(tài)響應(yīng)和輸出紋波有嚴(yán)格要求。需要查閱數(shù)據(jù)手冊中的瞬態(tài)響應(yīng)曲線和紋波數(shù)據(jù)，并根據(jù)需要添加額外的濾波電路。

6.2.9 成本

• 在滿足所有技術(shù)要求的前提下，成本也是一個重要的考量因素。B628作為一款通用型芯片，通常具有較好的成本優(yōu)勢。

6.2.10 供應(yīng)商與技術(shù)支持

• 選擇有良好口碑和技術(shù)支持的供應(yīng)商，以便在設(shè)計和調(diào)試過程中獲得必要的幫助。

總結(jié)：B628是一款高性能、高效率、小尺寸的升壓芯片，非常適合各種電池供電和低功耗應(yīng)用。通過深入理解其工作原理、關(guān)鍵特性、應(yīng)用電路設(shè)計和保護(hù)功能，并結(jié)合具體的應(yīng)用需求進(jìn)行合理選型和優(yōu)化布局，可以充分發(fā)揮B628的優(yōu)勢，構(gòu)建穩(wěn)定可靠的電源管理解決方案。在實(shí)際設(shè)計中，務(wù)必參考芯片的官方數(shù)據(jù)手冊，以獲取最準(zhǔn)確和詳細(xì)的技術(shù)參數(shù)和應(yīng)用指南。

第七章：B628升壓芯片的測試與調(diào)試

在完成B628升壓電路的設(shè)計和PCB制作后，進(jìn)行充分的測試和調(diào)試是確保其性能和可靠性的關(guān)鍵步驟。

7.1 測試準(zhǔn)備

在開始測試之前，需要準(zhǔn)備以下設(shè)備和注意事項(xiàng)：

• 直流電源: 可調(diào)穩(wěn)壓直流電源，具有足夠的電流輸出能力，用于提供芯片的輸入電壓。

• 電子負(fù)載: 可調(diào)電子負(fù)載，用于模擬不同負(fù)載條件，測試輸出電流能力和效率。

• 數(shù)字萬用表 (DMM): 用于精確測量輸入/輸出電壓和電流。

• 示波器: 高帶寬示波器，用于觀察開關(guān)節(jié)點(diǎn)（SW引腳）波形、輸入/輸出紋波、啟動波形等。建議使用差分探頭或短接地線，以避免引入測量誤差和噪聲。

• 溫度計/熱像儀: 用于監(jiān)測芯片和關(guān)鍵元件的溫度，評估散熱設(shè)計。

• 元件清單與數(shù)據(jù)手冊: 確保所有元件均按照設(shè)計值正確安裝，并熟悉B628的數(shù)據(jù)手冊，以便核對參數(shù)和預(yù)期行為。

7.2 啟動與基本功能測試

7.2.1 首次上電檢查

• 目視檢查: 在上電前，仔細(xì)檢查PCB焊接質(zhì)量，確保沒有短路、虛焊或錯位元件。

• 輸入電壓測試: 將直流電源連接到VIN和GND，逐漸升高輸入電壓，同時用萬用表監(jiān)測VIN引腳的電壓，確認(rèn)輸入電壓正常。

• 使能狀態(tài): 確認(rèn)EN引腳的電壓處于高電平，使B628處于使能狀態(tài)。

• 無負(fù)載輸出: 在不連接負(fù)載的情況下，上電并測量輸出電壓。確認(rèn)輸出電壓是否穩(wěn)定在預(yù)設(shè)值。如果輸出電壓異常，立即斷電檢查。

7.2.2 軟啟動測試

• 使用示波器觀察輸出電壓在啟動時的上升波形。正常情況下，輸出電壓應(yīng)平穩(wěn)上升，沒有過沖或震蕩。同時觀察輸入電流，確認(rèn)軟啟動功能有效限制了浪涌電流。

7.3 性能測試

7.3.1 效率測試

• 測試步驟:

1. 在不同的輸入電壓下，逐漸增加電子負(fù)載，從空載到最大設(shè)計負(fù)載。

2. 在每個負(fù)載點(diǎn)，精確測量輸入電壓 (VIN)、輸入電流 (IIN)、輸出電壓 (VOUT)、輸出電流 (IOUT)。

3. 計算輸入功率 (PIN=VIN×IIN) 和輸出功率 (POUT=VOUT×IOUT)。

4. 計算效率 (η=POUT/PIN×100%)。

• 分析: 繪制效率曲線，觀察在不同輸入電壓和負(fù)載下的效率表現(xiàn)，特別是輕載效率（PFM模式）和重載效率（PWM模式）。將其與數(shù)據(jù)手冊中的典型效率曲線進(jìn)行比較，找出可能存在的偏差。

7.3.2 輸出電壓紋波測試

• 測試步驟:

1. 將示波器探頭（最好是短接地彈簧或使用差分探頭）連接到輸出電容兩端，設(shè)置為AC耦合。

2. 在不同負(fù)載條件下（尤其是最大負(fù)載），觀察輸出電壓紋波波形。

• 分析: 測量峰峰值紋波電壓。如果紋波過大，可能需要增加輸出電容容值、降低ESR，或者檢查PCB布局是否存在問題。

7.3.3 開關(guān)節(jié)點(diǎn)（SW）波形測試

• 測試步驟: 使用示波器觀察SW引腳的電壓波形。

• 分析: 理想的SW波形應(yīng)具有清晰的方波形狀，上升和下降沿應(yīng)盡可能陡峭，沒有明顯的振鈴。過度的振鈴可能表明布局不佳（寄生電感過大）、電感選擇不當(dāng)或二極管反向恢復(fù)特性差，這會導(dǎo)致EMI問題和效率下降。

7.3.4 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)測試

• 測試步驟: 使用電子負(fù)載的瞬態(tài)模式，在滿載和空載之間快速切換負(fù)載電流，并用示波器觀察輸出電壓的瞬態(tài)變化。

• 分析: 測量輸出電壓的最大過沖和下沖以及恢復(fù)時間。如果瞬態(tài)響應(yīng)不佳（過沖/下沖過大或恢復(fù)時間過長），可能需要優(yōu)化輸出電容、環(huán)路補(bǔ)償或檢查布局。

7.4 保護(hù)功能測試

7.4.1 欠壓鎖定 (UVLO) 測試

• 逐漸降低輸入電壓，直到芯片停止工作。確認(rèn)UVLO閾值是否與數(shù)據(jù)手冊一致，并觀察芯片在UVLO觸發(fā)后是否能安全關(guān)斷。

7.4.2 過流保護(hù)測試

• 逐漸增加負(fù)載電流，直到觸發(fā)內(nèi)部電流限制。觀察輸出電壓是否下降，輸入電流是否受限。在此過程中監(jiān)測芯片溫度，確保不會過熱。注意: 進(jìn)行此測試時要小心，避免長時間讓芯片工作在過載狀態(tài)，以防損壞。

7.4.3 熱關(guān)斷 (TSD) 測試

• 在最大負(fù)載下長時間運(yùn)行電路，并監(jiān)測芯片溫度。如果芯片溫度達(dá)到熱關(guān)斷閾值，芯片應(yīng)自動停止工作。待溫度下降后，芯片應(yīng)自動恢復(fù)。注意: 此測試應(yīng)在受控環(huán)境中進(jìn)行，確保不會對芯片造成永久性損壞?？梢酝ㄟ^增加環(huán)境溫度或適當(dāng)限制散熱來加速達(dá)到熱關(guān)斷溫度。

7.5 調(diào)試技巧

• 分階段調(diào)試: 如果電路不工作或出現(xiàn)問題，不要一次性檢查所有東西。首先確認(rèn)基本連接和元件值是否正確，然后逐步測試各個模塊的功能。

• 最小化探頭效應(yīng): 示波器探頭尤其是無源探頭，在高頻電路中會引入額外的電容和電感，影響測量結(jié)果甚至電路行為。使用最短的接地線，或者采用差分探頭。

• EMI問題: 如果出現(xiàn)嚴(yán)重的EMI，首先檢查PCB布局，特別是大電流環(huán)路?？梢試L試增加輸入/輸出濾波電容，或在SW節(jié)點(diǎn)附近添加RC緩沖器（Snubber）。

• 熱點(diǎn)檢測: 使用熱像儀或紅外測溫儀查找PCB上的熱點(diǎn)，特別是芯片本身、電感器和肖特基二極管。如果某個元件過熱，可能需要改進(jìn)散熱或選擇更高額定值的元件。

• 逐步替換元件: 如果懷疑某個元件有問題，可以嘗試替換為已知良好的元件進(jìn)行測試。

通過系統(tǒng)化的測試和調(diào)試流程，可以全面評估B628升壓電路的性能，發(fā)現(xiàn)潛在問題并進(jìn)行優(yōu)化，最終確保設(shè)計滿足所有要求并可靠運(yùn)行。

第八章：B628升壓芯片的未來發(fā)展與應(yīng)用趨勢

隨著電子技術(shù)和集成電路工藝的不斷進(jìn)步，電源管理芯片也在持續(xù)演進(jìn)。B628作為一款成熟的升壓芯片，其未來的發(fā)展將與整個電源管理領(lǐng)域的大趨勢保持一致。

8.1 更高的效率與更寬的工作范圍

效率一直是電源管理芯片的核心指標(biāo)。盡管B628已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高達(dá)97%的效率，但未來的發(fā)展將繼續(xù)追求在更寬的輸入電壓、輸出電壓以及負(fù)載范圍內(nèi)保持超高效率。這意味著：

• 更低的導(dǎo)通電阻: 通過更先進(jìn)的MOSFET工藝，進(jìn)一步降低內(nèi)部功率開關(guān)的導(dǎo)通電阻（RDS(ON)），從而減少導(dǎo)通損耗。

• 更低的靜態(tài)電流: 特別是在輕載和待機(jī)模式下，芯片的靜態(tài)電流將進(jìn)一步降低，以最大限度地延長電池壽命。這將推動芯片在物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和超低功耗應(yīng)用中發(fā)揮更大作用。

• 更優(yōu)的PFM/PWM無縫切換: 優(yōu)化不同工作模式之間的切換邏輯，使轉(zhuǎn)換更加平滑，減少瞬態(tài)波動，同時在整個負(fù)載范圍內(nèi)提供最優(yōu)效率。

• 多模式操作: 除了PFM和PWM，未來可能會集成更多智能模式，以應(yīng)對極端輕載、瞬態(tài)重載等復(fù)雜工況，實(shí)現(xiàn)更高能效比。

8.2 更高的集成度與更小的尺寸

小型化是消費(fèi)電子和便攜設(shè)備永恒的追求。B628采用SOT23-6封裝已經(jīng)非常小巧，但未來的趨勢將是更高的集成度，從而進(jìn)一步減小整體解決方案的尺寸：

• 集成更多外圍元件: 例如，將補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)、甚至部分電感器或二極管集成到芯片內(nèi)部，減少外部元件數(shù)量，進(jìn)一步簡化設(shè)計和PCB面積。

• 先進(jìn)封裝技術(shù): 采用WLCSP（晶圓級芯片尺寸封裝）、CSP（芯片級封裝）或其他更先進(jìn)的封裝技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)更小的封裝體積和更好的散熱性能。

• SiP（系統(tǒng)級封裝）或SoC（片上系統(tǒng)）集成: 將電源管理模塊與其他功能模塊（如MCU、無線通信模塊）集成到一個封裝或芯片中，形成完整的電源管理系統(tǒng)級芯片，這將極大地簡化最終產(chǎn)品的設(shè)計和制造。

8.3 更強(qiáng)的智能化與可編程性

隨著設(shè)備復(fù)雜度的增加，電源管理也需要更智能、更靈活的控制：

• 數(shù)字控制接口: 集成I2C、SPI等數(shù)字接口，允許主機(jī)處理器動態(tài)調(diào)整輸出電壓、開關(guān)頻率、電流限制等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的電源管理和優(yōu)化。

• 診斷與監(jiān)控功能: 提供芯片溫度、輸入/輸出電流和電壓的實(shí)時監(jiān)測功能，以便系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷和預(yù)防性維護(hù)。

• 自適應(yīng)控制: 芯片能夠根據(jù)負(fù)載變化、電池狀態(tài)甚至環(huán)境溫度等因素，自適應(yīng)地調(diào)整工作參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)最佳性能。

• 能量收集與管理: 在物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域，能量收集（如太陽能、振動能）越來越普遍。未來的升壓芯片可能會集成能量收集管理單元，優(yōu)化從各種微弱能源中獲取能量并進(jìn)行高效存儲和利用。

8.4 應(yīng)對新興應(yīng)用需求

未來升壓芯片的發(fā)展還將緊密結(jié)合新興應(yīng)用的需求：

• AI與邊緣計算設(shè)備: 這些設(shè)備對電源效率和瞬態(tài)響應(yīng)要求極高，因?yàn)樗鼈冃枰诙虝r間內(nèi)進(jìn)行大量計算，并且通常由電池供電。

• 可穿戴設(shè)備: 對超低功耗、極小尺寸和高集成度有極致要求。

• 汽車電子: 隨著電動汽車和自動駕駛技術(shù)的發(fā)展，對車載電源管理芯片的可靠性、耐溫性、EMI性能和功率密度提出了更高要求。

• 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT): 需要在惡劣環(huán)境下長期穩(wěn)定工作的電源解決方案，對可靠性和寬工作溫度范圍有嚴(yán)格要求。

B628作為一款經(jīng)典的升壓芯片，為眾多小型電子設(shè)備提供了高效可靠的電源解決方案。隨著技術(shù)的進(jìn)步，未來的升壓芯片將在效率、集成度、智能化和應(yīng)用廣度上繼續(xù)突破，為電子產(chǎn)品的創(chuàng)新和發(fā)展提供更強(qiáng)大的動力。設(shè)計師們將能夠利用這些更先進(jìn)的芯片，創(chuàng)造出更小、更智能、更節(jié)能的電子產(chǎn)品。