深入剖析LM2660：多功能開關(guān)電容電壓轉(zhuǎn)換器的卓越性能與應(yīng)用

在電子設(shè)備的電源管理領(lǐng)域，開關(guān)電容電壓轉(zhuǎn)換器憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，成為了眾多工程師的首選。今天，我們就來(lái)詳細(xì)探討一下德州儀器（TI）推出的LM2660開關(guān)電容電壓轉(zhuǎn)換器，看看它究竟有哪些過(guò)人之處。

文件下載：lm2660.pdf

一、LM2660概述

LM2660是一款CMOS電荷泵電壓轉(zhuǎn)換器，它可以作為逆變器或倍增器使用，能實(shí)現(xiàn)輸入電源電壓的反轉(zhuǎn)或加倍。其工作電源電壓范圍為1.5V至5.5V，僅需兩個(gè)低成本電容，就能提供高達(dá)100mA的輸出電流，避免了基于電感的轉(zhuǎn)換器所帶來(lái)的成本、尺寸和電磁干擾（EMI）問(wèn)題。而且，它的工作電流僅為120μA，在大多數(shù)負(fù)載下的工作效率超過(guò)90%，非常適合電池供電系統(tǒng)。

二、LM2660的特性亮點(diǎn)

2.1 電壓轉(zhuǎn)換功能多樣

它既可以將輸入電源電壓反轉(zhuǎn)，也能將其加倍，滿足不同的應(yīng)用需求。例如，在一些需要正負(fù)電源的電路中，就可以方便地使用LM2660來(lái)產(chǎn)生負(fù)電源。

2.2 封裝形式豐富

提供窄型SOIC和VSSOP兩種封裝，工程師可以根據(jù)實(shí)際的PCB布局和空間要求進(jìn)行選擇。

2.3 低輸出電阻

典型輸出電阻為6.5Ω，能夠有效減少輸出電壓的損失，提高電源的效率。

2.4 高轉(zhuǎn)換效率

在100mA負(fù)載下，典型轉(zhuǎn)換效率可達(dá)88%，有助于降低功耗，延長(zhǎng)電池的使用壽命。

2.5 可選擇的振蕩器頻率

振蕩器頻率有10kHz和80kHz兩種可選，還支持外部振蕩器輸入。較高的振蕩器頻率可以使用更小的電容來(lái)實(shí)現(xiàn)相同的輸出電阻和紋波，但會(huì)增加典型電源電流。

三、LM2660的應(yīng)用場(chǎng)景

LM2660的應(yīng)用非常廣泛，涵蓋了多個(gè)領(lǐng)域：

3.1 便攜式設(shè)備

如筆記本電腦、手機(jī)和手持儀器等，其低功耗和小尺寸的特點(diǎn)使其能夠很好地滿足這些設(shè)備對(duì)電源的要求。

3.2 醫(yī)療儀器

在醫(yī)療儀器中，對(duì)電源的穩(wěn)定性和可靠性要求較高，LM2660的高性能可以為醫(yī)療儀器提供穩(wěn)定的電源。

3.3 放大器電源

為運(yùn)算放大器和接口電路提供電源，確保電路的正常工作。

四、技術(shù)參數(shù)詳解

4.1 絕對(duì)最大額定值

了解這些參數(shù)可以避免因電壓、電流等超出范圍而損壞器件。例如，電源電壓（V+到GND，或GND到OUT）的最大值為6V，V+和OUT的連續(xù)輸出電流最大值為120mA。

4.2 推薦工作條件

在這些條件下使用器件，可以保證其性能的穩(wěn)定性和可靠性。推薦的電源電壓范圍為1.5V至5.5V，工作溫度范圍為 -40°C至85°C。

4.3 電氣特性

包括電源電流、輸出電流、輸出電阻、振蕩器頻率等參數(shù)。例如，在無(wú)負(fù)載時(shí)，電源電流（IQ）在FC開路時(shí)典型值為0.12mA，F(xiàn)C連接到V+時(shí)為1mA；輸出電阻（ROUT）在TA ≤ 85°C、IL = 100mA時(shí)典型值為6.5Ω。

4.4 典型特性曲線

通過(guò)這些曲線可以直觀地了解器件在不同條件下的性能變化。例如，振蕩器頻率與電源電壓、負(fù)載電流、溫度等因素的關(guān)系曲線，有助于工程師在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行參數(shù)的優(yōu)化。

五、應(yīng)用電路設(shè)計(jì)

5.1 電壓逆變器

5.1.1 設(shè)計(jì)要求

輸入電源電壓范圍為1.5V至5.5V，當(dāng)電源電壓小于3.5V時(shí)，LV引腳必須接地以繞過(guò)內(nèi)部穩(wěn)壓器電路，獲得最佳的低電壓性能；當(dāng)電源電壓大于3.5V時(shí)，LV引腳可以接地或懸空。

5.1.2 詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟

輸出特性可以近似為一個(gè)理想電壓源與一個(gè)電阻串聯(lián)，輸出電阻（Rout）與內(nèi)部MOS開關(guān)的導(dǎo)通電阻、振蕩器頻率、電容和ESR有關(guān)。可以通過(guò)選擇高值、低ESR的電容或提高振蕩器頻率來(lái)降低輸出電阻。輸出電壓紋波與振蕩器頻率、輸出電容的電容值和ESR有關(guān)，使用低ESR電容可以降低紋波。

5.1.3 電容選擇

低ESR電容可以提高效率、減少輸出電壓降和電壓紋波。推薦使用Nichicon Corp.的PL、PF系列，AVX Corp.的TPS系列等低ESR電容。

5.1.4 降低輸出電阻和增加輸出電壓的方法

可以通過(guò)并聯(lián)多個(gè)LM2660來(lái)降低輸出電阻，也可以通過(guò)級(jí)聯(lián)多個(gè)LM2660來(lái)增加輸出電壓。但需要注意的是，級(jí)聯(lián)會(huì)降低效率，增加輸出電阻和輸出電壓紋波。

5.2 正電壓倍增器

5.2.1 設(shè)計(jì)要求

輸入電壓范圍為2.5V至5.5V，輸入電壓施加到GND引腳，V+引腳作為輸出，LV引腳和OUT引腳必須接地，OSC引腳不能由外部時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)。

5.2.2 詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟

啟動(dòng)時(shí)需要一個(gè)肖特基二極管（D1）來(lái)為V+引腳充電以啟動(dòng)振蕩器，并防止器件開啟自身的寄生二極管和潛在的閂鎖。

六、布局設(shè)計(jì)要點(diǎn)

由于LM2660具有較高的開關(guān)頻率和較大的開關(guān)電流，布局設(shè)計(jì)非常重要。以下是一些布局準(zhǔn)則：

6.1 輸入電容（CIN）

應(yīng)放置在頂層，盡可能靠近器件，通過(guò)短而寬的走線連接到V+和GND引腳，以減少開關(guān)時(shí)產(chǎn)生的電感電壓尖峰。

6.2 輸出電容（COUT）

同樣放置在頂層，靠近OUT和GND引腳，CIN和COUT的返回線應(yīng)在靠近GND引腳的一點(diǎn)匯合，以減少OUT和GND引腳上的串聯(lián)電感。

6.3 飛跨電容（C1）

放置在頂層，靠近器件，通過(guò)短而寬的走線連接到CAP+和CAP - 引腳。

七、總結(jié)

LM2660開關(guān)電容電壓轉(zhuǎn)換器以其多功能性、高效率和低功耗等優(yōu)點(diǎn)，在電源管理領(lǐng)域展現(xiàn)出了卓越的性能。無(wú)論是在便攜式設(shè)備、醫(yī)療儀器還是其他應(yīng)用中，都能為工程師提供可靠的電源解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇器件的工作模式、電容參數(shù)和布局方式，以充分發(fā)揮LM2660的優(yōu)勢(shì)。大家在使用LM2660的過(guò)程中，有沒(méi)有遇到過(guò)什么有趣的問(wèn)題或者獨(dú)特的應(yīng)用案例呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。