SGM41570升降压充电器设计与损耗分析：面向100W笔记本应用的高效电源方案

在USB Type-C与USB PD（Power Delivery）技术普及的背景下，笔记本电脑普遍采用20V/5A（100W）甚至更高功率的PD输入。为实现高效、安全的电池充电与系统供电，圣邦微电子推出的 SGM41570系列NVDC升降压电池充电控制器 成为关键器件。本文基于典型100W笔记本平台（4节锂电池，20V输入），详细解析其外围电路设计要点，并通过系统级损耗建模与实测验证，为工程师提供可复用的高效率电源设计参考。

架构优势：自动模式切换 + NVDC路径管理

SGM41570支持1–4节锂电池充电，内置 窄电压直流充电（NVDC）架构，可在VIN（VBUS）与VSYS（系统轨）之间动态调节。当VIN > VSYS时工作于Buck模式；VIN < VSYS时切换至Boost模式；VIN ≈ VSYS时进入Buck-Boost无缝过渡。整个过程无需主机干预，确保在宽输入范围（如5V–20V PD适配器）下始终维持VSYS稳定（如15.2V）。

此外，芯片集成 动态功率管理（DPM）、适配器电流监控、nPROCHOT过载预警 及 USB OTG反向供电 功能，全面满足笔记本对电源路径智能调度的需求。

关键外围设计要点

输入电流限值设置

通过ILIM_HIZ引脚电阻分压设定DPM阈值。针对100W/20V系统（5A），按1.2倍裕量设为6A。选用10mΩ采样电阻，配合63.9kΩ/100kΩ分压网络，精准设定限流点。

AC+/AC−输入滤波

为抑制PCB寄生电感引起的高频振铃，需在ACP/ACN间添加RC滤波（时间常数47–200ns）。过大会导致Buck模式下电流采样失真，影响环路稳定性。

电感选型

在800kHz开关频率下，计算得最大电感纹波出现在VIN=20V、VOUT=12.3V工况。按30%纹波系数，选用2.2μH电感（如Würth 74437356022），饱和电流>9.3A，DCR=13.6mΩ。

输入/输出电容配置

输入端：6×10μF X7R陶瓷电容（25V） + 10μF POSCAP，抑制开关纹波并应对直流偏置降额；

输出端：7×10μF陶瓷电容 + 2×33μF POSCAP，满足瞬态响应要求（ΔV<5% @ 0–100%负载阶跃）。

MOSFET选型

外置4颗N-MOSFET（Q1–Q4），选用SGMNQ70430（30V/46A，RDS(ON)=4.3mΩ），FOM值低，兼顾导通与开关损耗。

系统损耗分解与效率验证

在20V输入、15.2V/6.58A输出（100W）条件下，损耗分布如下（温升校正后）：

MOSFET总损耗：1.82W（含导通、开关、体二极管恢复等）

电感损耗：0.73W（DCR 0.59W + AC core 0.14W）

采样电阻（10mΩ）：0.33W

Q3导通损耗（Buck模式常开）：0.31W

IC静态功耗：0.04W

总效率达96.68%，与实测值（96.76%）误差仅0.08%，验证模型准确性。损耗饼图显示，MOSFET与电感是主要热源，占总损耗超70%，优化方向明确。

设计建议

优先选择低RDS(ON)、低QGD MOSFET以降低FOM；

电感布局靠近芯片，缩短高di/dt路径；

输出电容尽量靠近负载，减少ESL影响瞬态响应；

利用nPROCHOT信号联动CPU降频，防止持续过载。

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