ADM660/ADM8660：CMOS開關電容電壓轉換器的卓越之選

在電子電路設計中，電壓轉換是一個關鍵環節。今天我們要深入了解的ADM660/ADM8660，是Analog Devices推出的CMOS開關電容電壓轉換器，它在電壓轉換方面有著出色的表現。

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一、產品特性

功能多樣

• 電壓反轉與倍增：ADM660可以實現輸入電源電壓的反轉（(V{OUT}=-V{IN})）或倍增（(V{OUT}=2 ×V{IN})），而ADM8660僅能實現輸入電壓的反轉。
• 輸出電流：能夠提供高達100 mA的輸出電流，滿足多種應用場景的需求。
• 低功耗：采用低功耗CMOS技術，靜態電流僅為600 μA。
• 頻率可選：通過頻率控制（FC）輸入引腳，可以選擇25 kHz或120 kHz的電荷泵工作頻率，優化電容大小和靜態電流。
• 關機功能：ADM8660具備關機功能，關機時靜態電流可降至300 nA。

適用范圍廣

輸入電壓范圍為 +1.5 V至 +7 V，適用于各種單電源系統，可用于為運算放大器等提供負電源。

封裝形式豐富

有8引腳DIP、窄體SOIC和16引腳TSSOP等多種封裝形式可供選擇。

二、工作原理

開關電容技術

ADM660/ADM8660采用開關電容技術，通過板載振蕩器和開關網絡在兩個外部電荷存儲電容之間轉移電荷，實現電壓轉換。

• 電壓反轉原理：振蕩器產生反相信號φ1和φ2控制開關，在φ1期間，開關S1和S2閉合，電容C1充電至V+；在φ2期間，S1和S2打開，S3和S4閉合，C1的正端通過S3連接到GND，負端通過S4連接到(V_{OUT})，實現電壓反轉。
• 電壓倍增原理：通過改變一些連接方式，同樣利用開關電容技術實現電壓倍增。

開關電容理論

一個開關電容模塊中，電容C1在開關處于位置A時充電至電壓V1，電荷為(q1 = C1 × V1)；開關切換到位置B時，電容C1放電至電壓V2，電荷為(q2 = C1 × V2)，轉移到輸出V2的電荷(Delta q = q1 - q2 = C1 × (V1 - V2))。當開關以頻率f在A和B之間切換時，單位時間的電荷轉移或電流為(I = f(Delta q) = f(C1)(V1 - V2))，可等效為一個阻值(R_{EQ}=1 / fC1)的電阻。

三、典型電路配置

電壓反轉配置

• ADM660：輸入電壓范圍為 +1.5 V至 +7 V，需要兩個10 μF的外部電容C1和C2。
• ADM8660：除了與ADM660類似的配置外，還具備關機控制引腳SD。

電壓倍增配置

僅ADM660支持電壓倍增配置，輸入電壓范圍為2.5 V至7 V，輸出電壓為輸入電壓的兩倍，同樣只需兩個外部電容。

四、關鍵參數

輸入輸出參數

• 輸入電壓：范圍為1.5 V至7 V，不同模式下有不同要求。
• 輸出電流：最大可達100 mA。
• 輸出電阻：ADM660和ADM8660在不同條件下有不同的輸出電阻值。

效率參數

• 功率效率：在不同負載和頻率下，功率效率有所不同，最高可達94%。
• 電壓轉換效率：無負載時可達99.96%。

頻率參數

• 電荷泵頻率：可通過FC引腳選擇25 kHz或120 kHz，也可通過OSC引腳控制。

五、設計要點

電容選擇

• 電容值：25 kHz頻率時推薦使用10 μF電容，120 kHz頻率時可使用2.2 μF電容。
• ESR：為了獲得最高效率，應選擇低ESR的電容，低ESR電容可降低輸出電阻和紋波電壓。

振蕩器頻率

• 頻率選擇：較高的開關頻率允許使用較小的電容，但會增加靜態電流，降低功率效率，因此需要根據實際需求選擇合適的頻率。
• 外部時鐘：可使用外部時鐘驅動OSC引腳，但需注意其電平范圍和使用條件。

關機功能

ADM8660的關機輸入引腳SD可用于禁用設備，降低功耗。關機時，輸出電壓為0 V，退出關機狀態需要約500 μs。

旁路電容

在輸入電源上使用旁路電容可降低ADM660/ADM8660的交流阻抗，推薦使用0.1 μF或更大的電容。

六、應用場景

手持儀器

為手持儀器提供穩定的負電源，滿足其低功耗和小體積的要求。

便攜式計算機

在便攜式計算機中，為運算放大器等提供電源，確保系統的穩定運行。

遠程數據采集

為遠程數據采集設備提供合適的電源，保證數據采集的準確性。

運算放大器電源

為運算放大器提供負電源，改善其性能。

ADM660/ADM8660以其多樣的功能、高效的性能和靈活的設計，為電子工程師在電壓轉換設計中提供了一個優秀的選擇。在實際應用中，工程師們需要根據具體需求，合理選擇電容、頻率等參數，以實現最佳的性能。你在使用類似電壓轉換器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗。