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

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

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，僅需兩個低成本電容，就能提供高達100mA的輸出電流，避免了基于電感的轉(zhuǎn)換器所帶來的成本、尺寸和電磁干擾（EMI）問題。而且，它的工作電流僅為120μA，在大多數(shù)負載下的工作效率超過90%，非常適合電池供電系統(tǒng)。

二、LM2660的特性亮點

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，滿足不同的應用需求。例如，在一些需要正負電源的電路中，就可以方便地使用LM2660來產(chǎn)生負電源。

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)實際的PCB布局和空間要求進行選擇。

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負載下，典型轉(zhuǎn)換效率可達88%，有助于降低功耗，延長電池的使用壽命。

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實現(xiàn)相同的輸出電阻和紋波，但會增加典型電源電流。

三、LM2660的應用場景

LM2660的應用非常廣泛，涵蓋了多個領域：

3.1 便攜式設備

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

3.2 醫(yī)療儀器

在醫(yī)療儀器中，對電源的穩(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，在無負載時，電源電流（IQ）在FC開路時典型值為0.12mA，F(xiàn)C連接到V+時為1mA；輸出電阻（ROUT）在TA ≤ 85°C、IL = 100mA時典型值為6.5Ω。

4.4 典型特性曲線

通過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、負載電流、溫度等因素的關系曲線，有助于工程師在設計時進行參數(shù)的優(yōu)化。

五、應用電路設計

5.1 電壓逆變器

5.1.1 設計要求

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

5.1.2 詳細設計步驟

輸出特性可以近似為一個理想電壓源與一個電阻串聯(lián)，輸出電阻（Rout）與內(nèi)部MOS開關的導通電阻、振蕩器頻率、電容和ESR有關?？梢酝ㄟ^選擇高值、低ESR的電容或提高振蕩器頻率來降低輸出電阻。輸出電壓紋波與振蕩器頻率、輸出電容的電容值和ESR有關，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

可以通過并聯(lián)多個LM2660來降低輸出電阻，也可以通過級聯(lián)多個LM2660來增加輸出電壓。但需要注意的是，級聯(lián)會降低效率，增加輸出電阻和輸出電壓紋波。

5.2 正電壓倍增器

5.2.1 設計要求

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引腳不能由外部時鐘驅(qū)動。

5.2.2 詳細設計步驟

啟動時需要一個肖特基二極管（D1）來為V+引腳充電以啟動振蕩器，并防止器件開啟自身的寄生二極管和潛在的閂鎖。

六、布局設計要點

由于LM2660具有較高的開關頻率和較大的開關電流，布局設計非常重要。以下是一些布局準則：

6.1 輸入電容（CIN）

應放置在頂層，盡可能靠近器件，通過短而寬的走線連接到V+和GND引腳，以減少開關時產(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的返回線應在靠近GND引腳的一點匯合，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，通過短而寬的走線連接到CAP+和CAP - 引腳。

七、總結(jié)

LM2660開關電容電壓轉(zhuǎn)換器以其多功能性、高效率和低功耗等優(yōu)點，在電源管理領域展現(xiàn)出了卓越的性能。無論是在便攜式設備、醫(yī)療儀器還是其他應用中，都能為工程師提供可靠的電源解決方案。在實際設計過程中，工程師需要根據(jù)具體的應用需求，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。大家在使用LM2660的過程中，有沒有遇到過什么有趣的問題或者獨特的應用案例呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。