深入剖析LM2660：多功能开关电容电压转换器的卓越性能与应用

在电子设备的电源管理领域，开关电容电压转换器凭借其独特的优势，成为了众多工程师的首选。今天，我们就来详细探讨一下德州仪器（TI）推出的LM2660开关电容电压转换器，看看它究竟有哪些过人之处。

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一、LM2660概述

LM2660是一款CMOS电荷泵电压转换器，它可以作为逆变器或倍增器使用，能实现输入电源电压的反转或加倍。其工作电源电压范围为1.5V至5.5V，仅需两个低成本电容，就能提供高达100mA的输出电流，避免了基于电感的转换器所带来的成本、尺寸和电磁干扰（EMI）问题。而且，它的工作电流仅为120µA，在大多数负载下的工作效率超过90%，非常适合电池供电系统。

二、LM2660的特性亮点

2.1 电压转换功能多样

它既可以将输入电源电压反转，也能将其加倍，满足不同的应用需求。例如，在一些需要正负电源的电路中，就可以方便地使用LM2660来产生负电源。

2.2 封装形式丰富

提供窄型SOIC和VSSOP两种封装，工程师可以根据实际的PCB布局和空间要求进行选择。

2.3 低输出电阻

典型输出电阻为6.5Ω，能够有效减少输出电压的损失，提高电源的效率。

2.4 高转换效率

在100mA负载下，典型转换效率可达88%，有助于降低功耗，延长电池的使用寿命。

2.5 可选择的振荡器频率

振荡器频率有10kHz和80kHz两种可选，还支持外部振荡器输入。较高的振荡器频率可以使用更小的电容来实现相同的输出电阻和纹波，但会增加典型电源电流。

三、LM2660的应用场景

LM2660的应用非常广泛，涵盖了多个领域：

3.1 便携式设备

如笔记本电脑、手机和手持仪器等，其低功耗和小尺寸的特点使其能够很好地满足这些设备对电源的要求。

3.2 医疗仪器

在医疗仪器中，对电源的稳定性和可靠性要求较高，LM2660的高性能可以为医疗仪器提供稳定的电源。

3.3 放大器电源

为运算放大器和接口电路提供电源，确保电路的正常工作。

四、技术参数详解

4.1 绝对最大额定值

了解这些参数可以避免因电压、电流等超出范围而损坏器件。例如，电源电压（V+到GND，或GND到OUT）的最大值为6V，V+和OUT的连续输出电流最大值为120mA。

4.2 推荐工作条件

在这些条件下使用器件，可以保证其性能的稳定性和可靠性。推荐的电源电压范围为1.5V至5.5V，工作温度范围为 -40°C至85°C。

4.3 电气特性

包括电源电流、输出电流、输出电阻、振荡器频率等参数。例如，在无负载时，电源电流（IQ）在FC开路时典型值为0.12mA，FC连接到V+时为1mA；输出电阻（ROUT）在TA ≤ 85°C、IL = 100mA时典型值为6.5Ω。

4.4 典型特性曲线

通过这些曲线可以直观地了解器件在不同条件下的性能变化。例如，振荡器频率与电源电压、负载电流、温度等因素的关系曲线，有助于工程师在设计时进行参数的优化。

五、应用电路设计

5.1 电压逆变器

5.1.1 设计要求

输入电源电压范围为1.5V至5.5V，当电源电压小于3.5V时，LV引脚必须接地以绕过内部稳压器电路，获得最佳的低电压性能；当电源电压大于3.5V时，LV引脚可以接地或悬空。

5.1.2 详细设计步骤

输出特性可以近似为一个理想电压源与一个电阻串联，输出电阻（Rout）与内部MOS开关的导通电阻、振荡器频率、电容和ESR有关。可以通过选择高值、低ESR的电容或提高振荡器频率来降低输出电阻。输出电压纹波与振荡器频率、输出电容的电容值和ESR有关，使用低ESR电容可以降低纹波。

5.1.3 电容选择

低ESR电容可以提高效率、减少输出电压降和电压纹波。推荐使用Nichicon Corp.的PL、PF系列，AVX Corp.的TPS系列等低ESR电容。

5.1.4 降低输出电阻和增加输出电压的方法

可以通过并联多个LM2660来降低输出电阻，也可以通过级联多个LM2660来增加输出电压。但需要注意的是，级联会降低效率，增加输出电阻和输出电压纹波。

5.2 正电压倍增器

5.2.1 设计要求

输入电压范围为2.5V至5.5V，输入电压施加到GND引脚，V+引脚作为输出，LV引脚和OUT引脚必须接地，OSC引脚不能由外部时钟驱动。

5.2.2 详细设计步骤

启动时需要一个肖特基二极管（D1）来为V+引脚充电以启动振荡器，并防止器件开启自身的寄生二极管和潜在的闩锁。

六、布局设计要点

由于LM2660具有较高的开关频率和较大的开关电流，布局设计非常重要。以下是一些布局准则：

6.1 输入电容（CIN）

应放置在顶层，尽可能靠近器件，通过短而宽的走线连接到V+和GND引脚，以减少开关时产生的电感电压尖峰。

6.2 输出电容（COUT）

同样放置在顶层，靠近OUT和GND引脚，CIN和COUT的返回线应在靠近GND引脚的一点汇合，以减少OUT和GND引脚上的串联电感。

6.3 飞跨电容（C1）

放置在顶层，靠近器件，通过短而宽的走线连接到CAP+和CAP - 引脚。

七、总结

LM2660开关电容电压转换器以其多功能性、高效率和低功耗等优点，在电源管理领域展现出了卓越的性能。无论是在便携式设备、医疗仪器还是其他应用中，都能为工程师提供可靠的电源解决方案。在实际设计过程中，工程师需要根据具体的应用需求，合理选择器件的工作模式、电容参数和布局方式，以充分发挥LM2660的优势。大家在使用LM2660的过程中，有没有遇到过什么有趣的问题或者独特的应用案例呢？欢迎在评论区分享交流。