文章導讀

今天給小伙伴們介紹下開關(guān)電容芯片進行電壓轉(zhuǎn)換相關(guān)的內(nèi)容，希望對大家有所幫助哈，可以參加討論或后臺留言哈!

1 開關(guān)電容芯片概述

LM2660CMOS電荷泵電壓轉(zhuǎn)換器是一種多功能的無調(diào)節(jié)開關(guān)電容逆變器或倍頻器。

在1.5V到5.5V的寬電源電壓范圍內(nèi)工作，LM2660使用兩個低成本電容器提供100毫安的輸出電流，而與基于電感器的轉(zhuǎn)換器相關(guān)的成本、尺寸和電磁干擾無關(guān)。

LM2660的工作電流僅為120μA，在大多數(shù)負載下工作效率大于90%，為電池供電的系統(tǒng)提供了理想的性能。

LM2660器件可以直接并聯(lián)運行以降低輸出阻抗，從而在給定電壓下提供更大的電流。

FC(頻率控制)引腳可選擇標稱10 kHz或80 kHz之間的頻率振蕩器。

振蕩器的頻率可以通過在OSC管腳上增加一個外部電容器來降低。

此外，OSC引腳可用于驅(qū)動具有高達150khz的外部時鐘的LM2660。 通過這些方法，可以控制輸出紋波頻率和諧波。

另外，LM2660可以被配置成將正輸入電壓精確地分為兩半。 在這種模式下，可以使用高達11V的輸入電壓。

2 引腳功能介紹

1)引腳功能圖

2)引腳功能說明

（1） 光纖通道（引腳1）。

內(nèi)部振蕩器的頻率控制，F(xiàn)C懸空時，fOSC=10KHz(典型值);

FC = V+時，fOSC=80KHz(典型值)，OSC引腳由外部驅(qū)動時FC不起作用。

（2） 大寫+（引腳2）/ 電容-（引腳4）。

分別連接電荷泵電容的正負引腳。

（3） 接地（引腳3）。

用作電壓反向器(逆變器)接地; 用作電壓雙倍器時連接正向的供電電壓。

（4） 輸出（引腳5）。

用作電壓反向器，用作負電壓輸出; 用作電壓雙倍器時接地。

（5） LV（引腳6）。

用作電壓反向器，作為低壓操作輸入。 當輸入電壓低于3.5V時，將LV連接到GND。 高于3.5V，LV可以連接到GND或保持打開。 當用外部時鐘驅(qū)動OSC時，低壓必須接地; 用作電壓雙倍器時，OSC要用OUT接到一起。

（6） OSC（引腳7）。

用作電壓反向器，作為振蕩器控制輸入。 OSC連接到內(nèi)部15
pF電容器。 可以連接一個外部電容器來減慢振蕩器的速度。 此外，還可以使用外部時鐘來驅(qū)動OSC; 用作電壓雙倍器時，與逆變器相同，但OSC不能由外部時鐘驅(qū)動。

（7） V+（引腳8）。

用作電壓反向器，正向接供電電壓; 用作電壓雙倍器作為正電壓輸出。

3 3種電壓轉(zhuǎn)換電路

1)電壓反向器電路

電壓從V+引腳輸入，輸入電壓范圍為1.5V-5.5V，從OUT輸出輸出電壓為-5.5V到-1.5V。

LM2660的主要應(yīng)用是產(chǎn)生負電源電壓。 電壓變換器電路僅使用兩個外部電容器，如基本應(yīng)用電路中所示。

輸入電源電壓的范圍是1.5V到5.5V。 對于小于3.5V的電源電壓，LV引腳必須接地以繞過內(nèi)部調(diào)節(jié)器電路。 這在低壓應(yīng)用中提供了最佳性能。 如果電源電壓大于3.5V，LV可以接地或保持開路。

選擇保持低壓開啟簡化了LM2660，可以直接替代LMC7660開關(guān)電容電壓轉(zhuǎn)換器。

該電路的輸出特性可以用一個理想電壓源和一個電阻串聯(lián)來近似。

電壓源等于?(V+)。 輸出電阻路徑是內(nèi)部MOS開關(guān)導通電阻、振蕩器頻率、C1和C2的電容和ESR的函數(shù)。

2)雙倍電壓轉(zhuǎn)換器電路

從GND輸入電壓，輸入電壓范圍2.5V-5.5V，從V+輸出兩倍的輸入。

LM2660可以作為正電壓倍增器工作。 雙倍功能是通過反向連接到設(shè)備來實現(xiàn)的。

輸入電壓施加在GND引腳上，允許電壓范圍為2.5V至5.5V。 V+引腳用作輸出。 低壓引腳和輸出引腳必須接地。 在此操作模式下，OSC引腳不能由外部時鐘驅(qū)動。

空載輸出電壓是輸入電壓的兩倍，并且不會因二極管D1的正向壓降而降低。

肖特基二極管D1僅用于啟動。 內(nèi)部振蕩器電路使用V+引腳和LV引腳(在倍壓電路中接地)作為其電源軌。 V+和LV之間的電壓必須大于1.5V，以確保振蕩器的工作。

在啟動過程中，D1被用來在V+管腳上充電，以啟動振蕩器; 同時，它還可以保護設(shè)備不打開自己的寄生二極管和潛在的閉鎖。 因此，肖特基二極管D1應(yīng)具有足夠的載流能力，以便在啟動時對輸出電容器進行充電，以及一個低的正向電壓，以防止內(nèi)部寄生二極管導通。

肖特基二極管如1N5817可用于大多數(shù)應(yīng)用。 如果輸入電壓斜坡小于10V/ms，則可以使用較小的肖特基二極管(如MBR0520LT1)來減小電路尺寸。

3)輸入電壓減半電路

從V+輸入電壓，輸入范圍為1.5V-11V，從GND輸出一半的輸入。

在基本應(yīng)用電路中顯示的另一個有趣的應(yīng)用是使用LM2660作為精密分壓器。 由于每個開關(guān)的關(guān)斷電壓等于VIN/2，所以輸入端電壓可以到+11V。

4 內(nèi)部功能描述

1)LM2660功能說明

LM2660包含四個大的CMOS開關(guān)，它們按順序切換以反轉(zhuǎn)輸入電源電壓。

能量傳輸和儲存由外部電容器提供。 上圖說明了電壓轉(zhuǎn)換方式。

當S1和S3閉合時，C1向電源電壓V+充電。 在此時間間隔內(nèi)，開關(guān)S2和S4斷開。

在第二個時間間隔內(nèi)，S1和S3打開，S2和S4關(guān)閉，C1充電C2。 經(jīng)過若干次循環(huán)后，C2上的電壓將被泵送至V+。

由于C2的陽極接地，因此假設(shè)C2上沒有負載，開關(guān)中沒有損耗，電容器中沒有ESR(等效串聯(lián)電阻)，C2陰極的輸出等于-(V+)。

實際上，電荷轉(zhuǎn)移效率取決于開關(guān)頻率、開關(guān)的導通電阻和電容器的ESR。

2)ESR補充

ESR為等效串聯(lián)電阻的意思，英文Equivalent Series Resistance。

帶ESR的芯片或器件串聯(lián)會增大ESR，并聯(lián)會減小ESR。

理論上，一個理想的電容，自身不會產(chǎn)生任何能量損失，但是實際上，因為制造電容的材料有電阻，電容的絕緣介質(zhì)會有所損耗。

通常認為電容上面電壓不能突變，當突然對電容施加一個電流，電容因為自身充電，電壓會從0開始上升。 但有了ESR，電阻自身會產(chǎn)生一個壓降，這就導致了電容器兩端的電壓會產(chǎn)生突變。 這會降低電容的濾波效果，所以在高質(zhì)量的電源應(yīng)用中，都使用低ESR的電容器。

通常的鉭電容的ESR通常都在100毫歐以下，而鋁電解電容則高于這個數(shù)值，有些種類電容的ESR甚至會高達數(shù)歐姆。

ESR值與紋波電壓的關(guān)系可以用公式V=R(ESR)×I表示。 這個公式中的V就表示紋波電壓，而R表示電容的ESR，I表示電流。 可以看到，當電流增大的時候，即使在ESR保持不變的情況下，紋波電壓也會成倍提高。

ESR引發(fā)的故障通常很難檢測，而且ESR的影響也很容易在設(shè)計過程中被忽視。 在仿真的時候，如果無法選擇電容的具體參數(shù)，可以嘗試在電容上人為串聯(lián)一個小電阻來模擬ESR的影響。

總結(jié)

今天給小伙伴們介紹了下開關(guān)電容芯片的芯片概述、引腳說明、轉(zhuǎn)換電路講解，內(nèi)部功能等內(nèi)容，希望了解更多內(nèi)容可以去看芯片手冊哈，希望對大家有所幫助哈！