SGM3206非穩(wěn)壓60mA電荷泵電壓反相器：特性、應(yīng)用與設(shè)計要點

在電子設(shè)計領(lǐng)域，電荷泵電壓反相器是一種常見且重要的電路元件，它能將正輸入電壓轉(zhuǎn)換為負輸出電壓，滿足各種特定應(yīng)用的需求。今天，我們就來詳細探討一下SGMICRO公司的SGM3206非穩(wěn)壓60mA電荷泵電壓反相器。

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一、概述

SGM3206是SGMICRO公司推出的一款非穩(wěn)壓60mA電荷泵電壓反相器，它能在1.4V至5.5V的寬輸入電壓范圍內(nèi)工作，可提供高達60mA的輸出電流，典型轉(zhuǎn)換效率在寬輸出電流范圍內(nèi)超過85%，固定開關(guān)頻率為47kHz。該器件采用綠色SOT - 23 - 5封裝，工作環(huán)境溫度范圍為 - 40℃至 + 125℃，適用于多種電池供電和板級應(yīng)用。

二、關(guān)鍵特性

2.1 電氣特性

• 輸入電壓范圍：1.4V至5.5V，能適應(yīng)多種電源供電，如單節(jié)鋰離子電池、2節(jié)或3節(jié)鎳鎘、鎳氫或堿性電池。
• 輸出電流：最大可達60mA，能滿足一些中小功率負載的需求。
• 靜態(tài)電流：典型值為115μA，有助于降低功耗，延長電池續(xù)航時間。
• 開關(guān)頻率：固定為47kHz，可減少電磁干擾。

2.2 封裝與溫度特性

• 封裝形式：采用綠色SOT - 23 - 5封裝，尺寸小巧，便于在電路板上布局。
• 工作溫度范圍： - 40℃至 + 125℃，能適應(yīng)較為惡劣的工作環(huán)境。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

SGM3206在多個領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用：

• LCD偏置：為液晶顯示器提供所需的偏置電壓。
• 雙極放大器供電：滿足雙極放大器對正負電源的需求。
• 射頻功率放大器的GaAs偏置：為射頻功率放大器中的GaAs器件提供合適的偏置電壓。

四、典型應(yīng)用電路

典型應(yīng)用電路中，僅需一個飛跨電容（CFLY）和兩個小旁路電容（CIN和COUT）就能構(gòu)成完整的電荷泵反相器。例如，當輸入電壓為1.4V至5.5V時，可輸出 - 1.4V至 - 5.5V的電壓，最大輸出電流為60mA。推薦的電容值為CIN = CFLY = COUT = 3.3μF 。

五、工作原理

SGM3206是一個全集成的電荷泵，能夠?qū)⒄斎腚妷恨D(zhuǎn)換為負輸出電壓。其內(nèi)部開關(guān)交替工作，在第一階段，開關(guān)S1和S3導通，飛跨電容CFLY充電至輸入電壓VIN；在接下來的階段，開關(guān)S2和S4導通，CFLY的正端接地，負端連接到負輸出端，從而在輸出電容上產(chǎn)生負電壓。由于內(nèi)部開關(guān)電阻和輸出負載效應(yīng)，實際輸出電壓比 - VIN更正向一些。

六、設(shè)計要點

6.1 輸出電阻計算

SGM3206的輸出源電阻約為10Ω，輸出電壓可通過公式 (V{OUT}=-(V{IN}-R{OUT}×I{OUT})) 計算，其中 (R{OUT}approxfrac{1}{f{osc}×C{FLY}} + 4(2R{SWITCH}+ESR{CFLY})+ESR{COUT}) 。

6.2 效率考慮

該器件的效率受內(nèi)部損耗、電容的ESR電阻損耗以及電容間電荷轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)換損耗影響。在輕負載時，轉(zhuǎn)換效率主要由器件的內(nèi)部功耗決定；在重負載時，效率主要由有效輸出電阻 (R{OUT}) 決定，效率公式為 (etacongfrac{I{OUT}}{I{OUT}+I{Q}}(1 - frac{I{OUT}×R{OUT}}{V_{IN}})) 。

6.3 電容選擇

• 飛跨電容（CFLY）：增大CFLY的電容值可降低輸出電阻，有利于輸出電壓調(diào)節(jié)，但不能無限增大，因為內(nèi)部開關(guān)電阻和輸出電容的ESR會變得更顯著。
• 輸出電容（COUT）：增大COUT的電容值可降低輸出電阻和輸出電壓紋波。對于能容忍較高輸出電壓紋波且負載電流較小的應(yīng)用，可以使用較小的COUT 。輸出電壓峰 - 峰紋波可通過公式 (V{OUT RIPPLE}=frac{I{OUT}}{f{osc}×C{OUT}}+2×I{OUT}×ESR{COUT}) 計算。為獲得最佳性能和更高的輸出負載電流能力，推薦使用電容值大于3.3μF的陶瓷電容。
• 輸入電容（CIN）：除了推薦的3.3μF輸入電容外，建議在SGM3206的輸入引腳和地之間放置一個0.1μF的旁路電容。

七、總結(jié)

SGM3206非穩(wěn)壓60mA電荷泵電壓反相器以其寬輸入電壓范圍、較高的轉(zhuǎn)換效率、小巧的封裝和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，成為電子工程師在設(shè)計中一個不錯的選擇。在實際應(yīng)用中，合理選擇電容和考慮輸出電阻、效率等因素，能夠充分發(fā)揮該器件的性能，滿足不同應(yīng)用的需求。各位工程師在使用過程中，不妨根據(jù)具體的設(shè)計要求，對電路參數(shù)進行優(yōu)化，以達到最佳的設(shè)計效果。你在使用類似電荷泵電壓反相器時，遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。