ADM660/ADM8660：CMOS开关电容电压转换器的卓越之选

在电子电路设计中，电压转换是一个关键环节。今天我们要深入了解的ADM660/ADM8660，是Analog Devices推出的CMOS开关电容电压转换器，它在电压转换方面有着出色的表现。

文件下载：ADM660.pdf

一、产品特性

功能多样

• 电压反转与倍增：ADM660可以实现输入电源电压的反转（(V{OUT}=-V{IN})）或倍增（(V{OUT}=2 ×V{IN})），而ADM8660仅能实现输入电压的反转。
• 输出电流：能够提供高达100 mA的输出电流，满足多种应用场景的需求。
• 低功耗：采用低功耗CMOS技术，静态电流仅为600 μA。
• 频率可选：通过频率控制（FC）输入引脚，可以选择25 kHz或120 kHz的电荷泵工作频率，优化电容大小和静态电流。
• 关机功能：ADM8660具备关机功能，关机时静态电流可降至300 nA。

适用范围广

输入电压范围为 +1.5 V至 +7 V，适用于各种单电源系统，可用于为运算放大器等提供负电源。

封装形式丰富

有8引脚DIP、窄体SOIC和16引脚TSSOP等多种封装形式可供选择。

二、工作原理

开关电容技术

ADM660/ADM8660采用开关电容技术，通过板载振荡器和开关网络在两个外部电荷存储电容之间转移电荷，实现电压转换。

• 电压反转原理：振荡器产生反相信号φ1和φ2控制开关，在φ1期间，开关S1和S2闭合，电容C1充电至V+；在φ2期间，S1和S2打开，S3和S4闭合，C1的正端通过S3连接到GND，负端通过S4连接到(V_{OUT})，实现电压反转。
• 电压倍增原理：通过改变一些连接方式，同样利用开关电容技术实现电压倍增。

开关电容理论

一个开关电容模块中，电容C1在开关处于位置A时充电至电压V1，电荷为(q1 = C1 × V1)；开关切换到位置B时，电容C1放电至电压V2，电荷为(q2 = C1 × V2)，转移到输出V2的电荷(Delta q = q1 - q2 = C1 × (V1 - V2))。当开关以频率f在A和B之间切换时，单位时间的电荷转移或电流为(I = f(Delta q) = f(C1)(V1 - V2))，可等效为一个阻值(R_{EQ}=1 / fC1)的电阻。

三、典型电路配置

电压反转配置

• ADM660：输入电压范围为 +1.5 V至 +7 V，需要两个10 μF的外部电容C1和C2。
• ADM8660：除了与ADM660类似的配置外，还具备关机控制引脚SD。

电压倍增配置

仅ADM660支持电压倍增配置，输入电压范围为2.5 V至7 V，输出电压为输入电压的两倍，同样只需两个外部电容。

四、关键参数

输入输出参数

• 输入电压：范围为1.5 V至7 V，不同模式下有不同要求。
• 输出电流：最大可达100 mA。
• 输出电阻：ADM660和ADM8660在不同条件下有不同的输出电阻值。

效率参数

• 功率效率：在不同负载和频率下，功率效率有所不同，最高可达94%。
• 电压转换效率：无负载时可达99.96%。

频率参数

• 电荷泵频率：可通过FC引脚选择25 kHz或120 kHz，也可通过OSC引脚控制。

五、设计要点

电容选择

• 电容值：25 kHz频率时推荐使用10 μF电容，120 kHz频率时可使用2.2 μF电容。
• ESR：为了获得最高效率，应选择低ESR的电容，低ESR电容可降低输出电阻和纹波电压。

振荡器频率

• 频率选择：较高的开关频率允许使用较小的电容，但会增加静态电流，降低功率效率，因此需要根据实际需求选择合适的频率。
• 外部时钟：可使用外部时钟驱动OSC引脚，但需注意其电平范围和使用条件。

关机功能

ADM8660的关机输入引脚SD可用于禁用设备，降低功耗。关机时，输出电压为0 V，退出关机状态需要约500 μs。

旁路电容

在输入电源上使用旁路电容可降低ADM660/ADM8660的交流阻抗，推荐使用0.1 μF或更大的电容。

六、应用场景

手持仪器

为手持仪器提供稳定的负电源，满足其低功耗和小体积的要求。

便携式计算机

在便携式计算机中，为运算放大器等提供电源，确保系统的稳定运行。

远程数据采集

为远程数据采集设备提供合适的电源，保证数据采集的准确性。

运算放大器电源

为运算放大器提供负电源，改善其性能。

ADM660/ADM8660以其多样的功能、高效的性能和灵活的设计，为电子工程师在电压转换设计中提供了一个优秀的选择。在实际应用中，工程师们需要根据具体需求，合理选择电容、频率等参数，以实现最佳的性能。你在使用类似电压转换器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。