CMOS-коммутируемые конденсатором преобразователи напряжения
ОСОБЕННОСТИ
- ADM660: Инвертирует или удваивает входное напряжение питания
- ADM8660: Инвертирует входное напряжение питания 100 мА
- Функция отключения выходного тока (ADM8660)
- Конденсаторы 2,2 mkF или 10 mkF
- Падение напряжение на 0,3 В при нагрузке 30 мА
- Источник питания от +1,5 В до +7 В
- CMOS малой мощности: Ток покоя 600 mkА
- Выбираемая частота накачки заряда (25 кГц/120 кГц)
- Cовместимь с распиновкой для MAX660, MAX665, ICL7660, доступно в корпусе TSSOP с 16 выводами
ПРИЛОЖЕНИЯ
- Портативные приборы
- Портативные компьютеры
- Источники питания операционных усилителей для удаленного сбора данных
ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ
ADM660/ADM8660 — серия преобразователей напряжения зарядной накачки, который можно использовать либо для инвертирования входного напряжения питания, давая значение VOUT = –VIN, либо для его удвоения (только для ADM660), давая значение VOUT = 2 × VIN.
Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.
Входные напряжения в диапазоне от +1,5 В до +7 В могут быть преобразованы в отрицательное выходное напряжение от -1,5 В до -7 В. Эта инвертирующая схема идеально подходит для генерации отрицательного напряжения в одиночных системах электроснабжения. Для зарядного насоса необходимы только два небольших внешних конденсатора. Достижимы выходные токи до 50 мА с КПД более 90%, в то время как при 100 мА КПД превышает 80%.
Входной вывод с регулировкой частоты (FC) используется для выбора режима работы зарядного насоса с частотой 25 кГц или 120 кГц. Это используется для оптимизации размера конденсатора и тока покоя. При выборе частоты 25 кГц подходит внешний конденсатор емкостью 10 мкФ, в то время как при частоте 120 кГц емкость конденсатора может быть уменьшена до 2,2 мкФ. Частотой генератора на ADM660 также можно управлять с помощью внешнего конденсатора, подключенного к входу OSC, или путем включения его с помощью внешних тактовых импульсов. В приложениях, где требуется более высокое напряжение питания, можно использовать ADM660 для удвоения входного напряжения. При входном напряжении от 2,5 В до 7 В выходное напряжение от 5 В до 14 В достижимо при выходном токе до 100 мА.
ADM8660 оснащен выводом отключения при низком энергопотреблении (SD) вместо вывода внешнего генератора (OSC). Это можно использовать для отключения устройства и уменьшения тока покоя до 300 нА.
ТИПИЧНЫЕ КОНФИГУРАЦИИ СХЕМ
Конфигурация инвертора напряжения (ADM660)
Конфигурация инвертора напряжения с отключением (ADM8660)
ADM660 — совместимы с распиновкой для MAX660, MAX665, ICL7660 и LTC1046.
ADM660/ADM8660 выпускаются с 8-контактным выводом DIP и узким корпусом SOIC. ADM660 также доступен в корпусе TSSOP с 16 выводами.
Параметры ADM660/ADM8660
| Параметр | ADM660 | ADM8660 |
| Режим инвертирования | Да | Да |
| Режим удвоения | Да | Нет |
| Внешний генератор | Да | Нет |
| Режим отключения (Shutdown) | Нет | Да |
| Корпус SO-8 | Да | Да |
| Корпус N-8 | Да | Да |
| Корпус RU-16 | Да | Нет |
ADM660/ADM8660–ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
(V+ = +5 В, C1, C2 = 10 мкФ, если не указано иное, TA = от TMIN до TMAX)
| Параметр | Мин. | Тип. | Макс. | Ед. изм. | Условия / Примечания |
| Входное напряжение, V+ | RL = 1 кОм | ||||
| 3,5 | 7,0 | В | Режим инвертирования, LV = разомкнут | ||
| 1,5 | 7,0 | В | Режим инвертирования, LV = GND | ||
| 2,5 | 7,0 | В | Режим удвоения, LV = OUT | ||
| Ток потребления | Без нагрузки | ||||
| 0,6 | 1,0 | мА | FC = разомкнут (ADM660) или GND (ADM8660) | ||
| 2,5 | 4,5 | мА | FC = V+, LV = разомкнут | ||
| Выходной ток | 100 | мА | |||
| Выходное сопротивление | 9 | 15 | Ом | IL = 100 мА | |
| Частота зарядового насоса | 25 | кГц | FC = разомкнут (ADM660) или GND (ADM8660) | ||
| 120 | кГц | FC = V+ | |||
| Ток входа OSC | ±5 | мкА | FC = разомкнут (ADM660) или GND (ADM8660) | ||
| ±25 | мкА | FC = V+ | |||
| Эффективность преобразования (FC = разомкнут) | |||||
| 90 | 94 | % | RL = 1 кОм, подключен от V+ к OUT | ||
| 90 | 93 | % | RL = 500 Ом, подключен от OUT к GND | ||
| 81,5 | % | IL = 100 мА на GND | |||
| Эффективность преобразования напряжения | 99 | 99,96 | % | Без нагрузки | |
| Ток потребления в режиме отключения, ISHDN | 0,3 | 5 | мкА | ADM8660, SHDN = V+ | |
| Входное напряжение отключения, VSHDN | |||||
| 2,4 | В | SHDN = высокий уровень — отключен | |||
| 0,8 | В | SHDN = низкий уровень — включен | |||
| Время выхода из режима отключения | 500 | мкс | IL = 100 мА |
ПРИМЕЧАНИЯ
C1 и C2 являются электролитическими конденсаторами с низким ESR (<0,2 Ом). Высокое значение ESR приведет к снижению производительности.
АБСОЛЮТНЫЕ МАКСИМАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ
(TA = +25°C, если не указано иное)
| Параметр | Значение | Примечания |
| Входное напряжение (V+ относительно GND, GND относительно OUT) | +7,5 В | Максимальное напряжение между входами питания |
| Напряжение на входе LV | (OUT – 0,3 В) … (V+ + 0,3 В) | Не должно выходить за эти пределы |
| Напряжение на входах FC и OSC | (OUT – 0,3 В) или (V+ – 6 В) … (V+ + 0,3 В) | Допускается два диапазона (смотрите пояснение ниже) |
| Выходной ток OUT и V+ (непрерывный) | 120 мА | Максимальный длительный ток |
| Длительность короткого замыкания выхода на GND | 10 секунд | Не допускайте длительного КЗ |
| Рассеиваемая мощность, корпус N-8 | 625 мВт | Снижать на 8,3 мВт/°C выше +50°C |
| Тепловое сопротивление θJA, N-8 | 120 °C/Вт | |
| Рассеиваемая мощность, корпус R-8 (SO-8) | 450 мВт | Снижать на 6 мВт/°C выше +50°C |
| Тепловое сопротивление θJA, R-8 | 170 °C/Вт | |
| Рассеиваемая мощность, корпус RU-16 | 500 мВт | Снижать на 6 мВт/°C выше +50°C |
| Тепловое сопротивление θJA, RU-16 | 158 °C/Вт | |
| Диапазон рабочих температур (промышленная версия «A») | –40°C … +85°C | |
| Диапазон температур хранения | –65°C … +150°C | |
| Температура пайки выводов (пайка паяльником, 10 сек) | +300 °C | Максимальная температура при ручной пайке |
| Пайка в парах (Vapor Phase, 60 сек) | +215 °C | Для групповых методов пайки |
| Инфракрасная пайка (Infrared, 15 сек) | +220 °C | Для ИК-пайки |
| ESD Rating (Устойчивость к электростатическому разряду) | >2000 В | Микросхема выдерживает разряд статического электричества до 2000 В (модель человеческого тела) |
РУКОВОДСТВО ПО ОФОРМЛЕНИЮ ЗАКАЗА
| Модель | Диапазон температур | Варианты корпуса* |
| ADM660AN
ADM660AR ADM660ARU ADM8660AN ADM8660AR |
от -40°C до +85°C
-40°C до +85°C -40°C до +85°C -40°C до +85°C -40°C до +85°C |
N-8
SO-8 RU-16 N-8 SO-8 |
*N = пластиковый DIP-корпус; RU = тонкий усаженный малогабаритный корпус (TSSOP); SO = малогабаритный корпус (SOIC).
ОПИСАНИЯ ФУНКЦИЙ ВЫВОДОВ
Конфигурация инвертора
| Обозначение | Функция |
|---|---|
| FC | Вход управления частотой для внутреннего генератора и зарядового насоса. При FC = разомкнут (ADM660) или подключен к GND (ADM8660), частота зарядового насоса fCP = 25 кГц; при FC = V+ частота fCP = 120 кГц. |
| CAP+ | Положительный вывод конденсатора зарядового насоса. |
| GND | Общий провод (земля) питания. |
| CAP– | Отрицательный вывод конденсатора зарядового насоса. |
| OUT | Выход, отрицательное напряжение. |
| LV | Вход для работы при пониженном напряжении. Подключать к GND, когда входное напряжение меньше 3,5 В. При напряжении выше 3,5 В LV может быть подключен к GND или оставлен неподключенным. |
| OSC | ADM660: Вход управления генератором. OSC подключен к внутреннему конденсатору 15 пФ. Для уменьшения частоты генератора можно подключить внешний конденсатор. Также можно подать внешний тактовый сигнал для управления генератором (подключение ко входу OSC). Частота зарядового насоса равна половине частоты генератора. |
| SD | ADM8660: Вход управления отключением (Shutdown). Когда на этом входе высокий уровень, зарядовый насос отключается, что снижает потребляемую мощность. |
| V+ | Вход положительного питания. |
Конфигурация удвоителя (только для ADM660)
| Обозначение | Функция |
|---|---|
| FC | Вход управления частотой для внутреннего генератора и зарядового насоса. При FC = разомкнут, fCP = 25 кГц; при FC = V+, fCP = 120 кГц. |
| CAP+ | Положительный вывод конденсатора зарядового насоса. |
| GND | Вход положительного питания. |
| CAP– | Отрицательный вывод конденсатора зарядового насоса. |
| OUT | Общий провод (земля). |
| LV | Вход для работы при пониженном напряжении. Подключить к OUT. |
| OSC | В этом режиме должен оставаться неподключенным. |
| V+ | Удвоенное положительное выходное напряжение. |
РАСПОЛОЖЕНИЕ ВЫВОДОВ
8-выводые
16-выводные
Типовые эксплуатационные характеристики
Рисунок 1. Зависимость тока источника питания от напряжение
Рисунок 2. Выходное напряжение и КПД в зависимости от тока нагрузки
Рисунок 3. Падение выходного напряжения в зависимости от тока нагрузки
Рисунок 4. КПД в сравнении с частотой зарядки-накачки
Рисунок 5. Зависимость тока источника питания от частоты зарядки-накачки
Рисунок 6. Энергетическая эффективность в сравнении с током нагрузки
Рисунок 7. Выходное напряжение в зависимости от частоты зарядки-накачки
Рисунок 8. Зависимость сопротивления выходного источника от напряжения питания
Рисунок 9. Зависимость частоты напряжения питания
Рисунок 10. Зависимость частоты от температуры
Рисунок 11. Зависимость частоты от внешней емкости
Рисунок 12. Зависимость частоты от напряжение питания
Рисунок 13. Частота в зависимости от температуры
Рисунок 14. Выходное сопротивление в зависимости от температура
ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ
ADM660/ADM8660 — это конденсаторный преобразователь напряжения с коммутацией, который может использоваться для инвертирования входного напряжения питания. ADM660 также можно использовать в режиме удвоения напряжения. Задача преобразования напряжения достигается с помощью переключаемой конденсаторной технологии, использующей два внешних накопителя заряда. Встроенный генератор и коммутационная сеть передают заряд между накопительными конденсаторами. Основной принцип, лежащий в основе схемы преобразования напряжения, проиллюстрирован на рисунках 15 и 16.
Рисунок 15. Принцип инверсии напряжения
Рисунок 16. Принцип удвоения напряжения
На рисунке 15 показана конфигурация инвертирования напряжения, в то время как на рисунке 16 показана конфигурация для удвоения напряжения. Генератор, генерирующий противофазные сигналы φ1 и φ2, управляет переключателями S1, S2 и S3, S4. Во время φ1 переключатели S1 и S2 замкнуты, заряжая C1 до напряжения V+. Во время φ2 S1 и S2 открываются, а S3 и S4 закрываются. При конфигурации инвертора напряжения во время φ2 положительная клемма C1 подключается к GND через S3, а отрицательная клемма C1 подключается к VOUT через S4. Конечным результатом является инверсия напряжения на выходе GND. Заряд с C1 передается на C2 во время φ2. Конденсатор C2 поддерживает это напряжение в течение φ1. Эффективность передачи заряда зависит от включенного сопротивления переключателей, частоты, с которой они переключаются, а также от эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) внешних конденсаторов. Причина этого объясняется в следующем разделе. Поэтому для достижения максимальной эффективности рекомендуется использовать конденсаторы с низким ESR.
Конфигурация удвоения напряжения изменяет некоторые соединения на противоположные, но применяется тот же принцип.
Принцип работы переключаемого конденсатора
Как уже было описано, накачка заряда на ADM660/ ADM8660 использует технологию переключаемого конденсатора для инвертирования или удвоения входного напряжения питания. Основная теория переключаемых конденсаторов обсуждается ниже.
Конструктивный блок переключаемого конденсатора показан на рисунке 17. При переключении в положение A конденсатор C1 зарядится до напряжения V1. Общий заряд, накопленный на C1, равен q1 = C1V1. Затем переключатель переключается в положение B, разряжая C1 до напряжения V2. Заряд, остающийся на C1, равен q2 = C1V2. Следовательно, заряд, передаваемый на выход V2, равен разнице между q1 и q2, так что Δq = q1–q2 = C1 (V1–V2).
Рисунок 17. Конструктивный блок переключаемого конденсатора
Поскольку переключатель переключается между A и B с частотой f, передача заряда в единицу времени или тока равна
I=f(Δq)=f(C1)(V1-V2)
Поэтому
I=(V1-V2)/(1/fC1)=(V1-V2)/(REQ )
где REQ = 1/fC1
Таким образом, переключаемый конденсатор может быть заменен эквивалентным сопротивлением, значение которого зависит как от размера конденсатора, так и от частоты переключения. Это объясняет, почему при более высоких частотах переключения можно использовать конденсаторы меньшего номинала. Следует помнить, что по мере увеличения частоты переключения энергопотребление будет увеличиваться из-за потери некоторого количества заряда при каждом цикле переключения. В результате на высоких частотах энергоэффективность начинает снижаться. Другие потери включают сопротивление внутренних переключателей и эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) накопительных конденсаторов заряда.
Рис. 18. Схема замещения переключаемого конденсатора
Инвертирующий генератор отрицательного напряжения На рисунках 19 и 20 показаны ADM660/ADM8660, сконфигурированные для генерации отрицательного выходного напряжения. Допустимы входные напряжения питания от 1,5 В до 7 В. При напряжении питания менее 3 В LV должен быть подключен к GND. Это позволяет обойти внутреннюю схему регулятора и обеспечивает наилучшую производительность в приложениях с низким напряжением. При напряжении питания более 3 В LV может быть либо подключен к GND, либо оставлен разомкнутым. Если оставить его открытым, это облегчит прямую замену ICL7660.
Рисунок 19. Конфигурация преобразователя напряжения ADM660
Рисунок 20. Конфигурация преобразователя напряжения ADM8660
ЧАСТОТА ГЕНЕРАТОРА
Частота внутренней накачки заряда может быть выбрана равной либо 25 кГц, либо 120 кГц с помощью входа управления частотой (FC). При отключенном FC (ADM660) или подключенном к GND (ADM8660) внутренний зарядный насос работает на частоте 25 кГц, в то время как при подключении FC к V+ частота увеличивается в пять раз. Увеличение частоты позволяет использовать конденсаторы меньшего размера для достижения эквивалентной производительности или, если размер конденсатора не изменен, это приводит к снижению выходного сопротивления и пульсаций.
Если требуется частота накачки заряда, отличная от двух фиксированных значений, это становится возможным благодаря входу OSC, к которому может быть подключен конденсатор или он может быть перегружен внешними тактовыми импульсами. Частота накачки заряда составляет половину частоты генератора, подаваемой на вывод OSC.
Если для перегрузки генератора используются внешние тактовые сигналы, их уровни должны колебаться в пределах 100 мВ от V+ и GND. Таким образом, подходит CMOS-драйвер. Когда OSC перегружен, FC не оказывает никакого эффекта, но LV должен быть заземлен.
Обратите внимание, что перегрузка допускается только в конфигурации преобразователя напряжения.
Таблица I. Выбор частоты переключения ADM660
| FC | OSC | Частота зарядового насоса | C1, C2 |
|---|---|---|---|
| Разомкнут | Разомкнут | 25 кГц | 10 мкФ |
| V+ | Разомкнут | 120 кГц | 2,2 мкФ |
| Разомкнут или V+ | Внешний конденсатор | См. типовые характеристики | — |
| Разомкнут | Внешний тактовый сигнал | Частота внешнего тактового сигнала / 2 | — |
Таблица II. Выбор частоты зарядного насоса ADM8660
| FC | OSC | Частота зарядового насоса | C1, C2 |
|---|---|---|---|
| GND | Разомкнут | 25 кГц | 10 мкФ |
| V+ | Разомкнут | 120 кГц | 2,2 мкФ |
| GND или V+ | Внешний конденсатор | См. типовые характеристики | — |
| GND | Внешний тактовый сигнал | Частота внешнего тактового сигнала / 2 | — |
Рисунок 21. Внешний генератор ADM660/ADM8660
Конфигурация удвоения напряжения на рисунке 22 показан ADM660, сконфигурированный для генерации повышенных выходных напряжений. Как и в режиме инвертирования, требуется только два внешних конденсатора. Функция удвоения достигается путем изменения некоторых подключений к устройству. Входное напряжение подается на вывод GND, а V+ используется в качестве выходного сигнала. Допустимы входные напряжения от 2,5 В до 7 В. В этой конфигурации выводы LV, OUT должны быть подключены к GND.
Выходное напряжение без нагрузки в этой конфигурации равно 2 (VIN). Выходное сопротивление и пульсации аналогичны конфигурации инвертирования напряжения.
Обратите внимание, что ADM8660 нельзя использовать в конфигурации удвоения напряжения.
Рисунок 22. Конфигурация удвоителя напряжения
Вход выключения ADM8660 содержит вход выключения, который можно использовать для отключения устройства и, следовательно, снижения энергопотребления. Высокий логический уровень на входе SD отключает устройство, снижая ток покоя до 0,3 мкА. Во время выключения выходное напряжение падает до 0 В. Следовательно, нагрузки, привязанные к земле, в этом состоянии не питаются. При выходе из режима выключения требуется несколько циклов (приблизительно 500 мкс), чтобы зарядный насос достиг своего конечного значения. Если функция выключения не используется, то SD должен быть жестко подключен к GND.
Выбор конденсатора
Выбор оптимального значения емкости конденсатора зависит от частоты накачки заряда. При выборе частоты 25 кГц рекомендуется использовать конденсаторы емкостью 10 мкФ, в то время как при выборе частоты 120 кГц можно использовать конденсаторы емкостью 2,2 мкФ. Другие частоты позволяют использовать другие значения конденсатора. Для достижения максимальной эффективности во всех случаях рекомендуется использовать конденсаторы с низким ESR для накачки заряда. Конденсаторы с низким ESR обеспечивают как самое низкое выходное сопротивление, так и самое низкое пульсирующее напряжение. Высокое выходное сопротивление снижает общую энергоэффективность и вызывает перепады напряжения, особенно при высоких уровнях выходного тока. ADM660/ADM8660 тестируется с использованием конденсаторов с низким ESR, 10 мкФ, как для C1, так и для C2. Меньшие значения C1 увеличивают выходное сопротивление, в то время как увеличение C1 приведет к снижению выходного сопротивления. Выходное сопротивление также зависит от сопротивления внутренних переключателей, а также от ESR конденсаторов, поэтому эффект увеличения C1 становится незначительным после определенного момента.
На рисунке 23 показано, как выходное сопротивление изменяется в зависимости от частоты генератора для трех различных значений емкости. При низких частотах генератора в выходном сопротивлении преобладает значение 1/fC. Это объясняет, почему выходное сопротивление выше при меньших значениях емкости. При высоких частотах генератора слагаемое 1/fC становится незначительным, и выходное сопротивление определяется внутренним сопротивлением включения. Таким образом, с точки зрения внешнего импеданса использование чрезмерно больших конденсаторов не дает никакой выгоды.
Рисунок 23. Выходное сопротивление в зависимости от частоты генератора
Конденсатор C2 Размер выходного конденсатора C2 влияет на пульсации на выходе. Увеличение размера конденсатора уменьшает пульсации от пика к пику. ESR влияет как на выходное сопротивление, так и на пульсации на выходе. Уменьшение ESR уменьшает выходное сопротивление и пульсации. Для удобства рекомендуется, чтобы и C1, и C2 имели одинаковое значение.
Таблица III. Выбор конденсатора
| Частота зарядки-накачки | Конденсатор C1, C2 |
| 25 кГц
120 кГц |
10 мкФ
2,2 мкФ |
Соотношение энергоэффективности и частоты генератора
В то время как более высокие частоты переключения позволяют использовать конденсаторы меньшего размера для получения эквивалентной производительности или улучшения производительности при использовании тех же конденсаторов, необходимо учитывать компромисс. По мере увеличения частоты генератора ток покоя увеличивается. Это происходит в результате потери конечного заряда при каждом цикле переключения. Потери заряда за единицу цикла при очень высоких частотах могут быть значительными, что приводит к снижению энергоэффективности. Поскольку энергоэффективность также снижается на низких частотах генератора из-за увеличения выходного сопротивления, это означает, что существует оптимальный диапазон частот для максимальной передачи мощности. Пожалуйста, ознакомьтесь с разделом «Типичные эксплуатационные характеристики».
Байпасный конденсатор
Сопротивление переменного тока ADM660/ADM8660 может быть уменьшено с помощью байпасного конденсатора на входном источнике питания. Этот конденсатор должен быть подключен между входным источником питания и GND. Это обеспечит мгновенные скачки тока по мере необходимости. Можно использовать подходящие конденсаторы емкостью 0,1 мкФ или более.
РАЗМЕРЫ КОРПУСОВ
Размеры указаны в дюймах и (мм).
8-выводный пластикового DIP(N-8)
8-выводный узкий SOIC(SO-8)
16-выводный TSSOP(RU-16)
Теория это хорошо, но необходимо отрабатывать это всё практически ПОПРОБОВАТЬ МОЖНО ЗДЕСЬ