3.3V到5V的负电源产生电路(电荷泵电压反相器)SGM3204输出电流0.2A封装SOT23-6

前言

SGM3204 非稳压 200mA 电荷泵负电源产生电路，LCEDA原理图请访问资源
SGM3204电荷泵负电源产生电路

SGM3204电荷泵负电源产生电路

一般描述

SGM3204从 1.4V 至 5.5V 的输入电压范围产生非稳压负输出电压。
该器件通常由 5V 或 3.3V 的预稳压电源轨供电。由于其宽输入电压范围，两个或三个镍镉、镍氢或碱性电池以及一个锂离子电池也可以为它们供电。
只需三个外部电容器即可构建一个完整的DC/DC电荷泵逆变器。整个转换器采用小型封装，可构建在50mm^2的电路板面积上。通过更换通常需要通过集成电路启动负载所需的肖特基二极管，可以进一步减少电路板面积和元件数量。
该SGM3204可提供 200mA 的最大输出电流，在宽输出电流范围内具有大于 80% 的典型转换效率。
该SGM3204采用 SOT-23-6 封装。其工作温度范围为-40°C至+85°C。

SOT-23-6封装SGM3204丝印和外观

特征

反相输入电源电压
高达 200mA 的输出电流
输入电压范围： 1.4V 至 5.5V
静态电流：1.5mA （TYP）
950kHz 开关频率
集成有源肖特基二极管，用于启动负载
-40°C至+85°C工作温度范围
采用绿色 SOT-23-6 封装

应用

LCD偏置
射频功率放大器的砷化镓偏置
便携式仪器中的传感器电源
双极放大器电源

绝对最大额定值

电压范围
IN至GND…-0.3V至6V
输出至GND…-6V至0.3V
CFLY- 至 GND…0.3V 至 VOUT - 0.3V
CFLY+至GND…-0.3V至VIN + 0.3V
连续输出电流…250毫安
工作温度范围…-40°C 至 +85°C
结温…150°摄氏度
存储温度范围…-65°C 至 +150°C
引线温度（焊接，10s）…260°摄氏度
ESD敏感性
HBM…7000伏
MM…400伏

SGM3204引脚定义（俯视图）

SGM3204引脚定义

引脚说明

名称	引脚	功能
OUT	1	功率输出，VOUT = -VIN。使用输出滤波电容 COUT 将 OUT 旁路至 GND。
IN	2	电源输入。连接到 1.4V 至 5.5V 范围内的输入电源。使用与跨接电容具有相同值的电容器将 IN 旁路到 GND。
CFLY-	3	跨接电容器 CFLY 的负极端子。
GND	4	接地。
EN	5	启用控制。当EN = “高电平”时，芯片处于活动模式。当EN = “低电平”时，芯片处于关断模式。
CFLY+	6	跨接电容 CFLY 的正极端子。

详细说明

工作原理

SGM3204电荷泵反转施加到输入端的电压。为获得最佳性能，请使用低等效串联电阻 （ESR） 电容器（例如陶瓷）。
在前半个周期内，开关 S2 和 S4 打开，开关 S1 和 S3 闭合，电容器 CFLY 充电至 VIN 的电压。在后半周期，S1 和 S3 开盘，S2 和 S4 收盘。这将CFLY的正极端连接到GND，将负极端连接到VOUT。通过并联CFLY，COUT带负电。输出端的实际电压比-VIN更为正，因为开关S1 - S4具有电阻，负载从COUT漏电。

图 1. 电荷泵工作原理

电荷泵输出电阻

SGM3204设备不是电压调节器。电荷泵输出源极电阻在室温下约为4.2Ω （VIN = 5V），轻负载时VOUT接近5V。随着负载电流的增加，VOUT将向GND下降。
$$V_{OUT}=-（V_{IN}-R_{OUT}\times I_{OUT}）$$

ROUT = 转换器的输出电阻
RSWITCH = 转换器内部单个MOSFET开关的电阻
fOSC = 振荡器频率

效率注意事项

开关电容电压转换器的电源效率受三个因素的影响：转换器IC的内部损耗、电容器的电阻损耗以及电容器之间电荷转移过程中的转换损耗。内部损耗与IC的内部功能有关，例如驱动开关、振荡器等。这些损耗受输入电压、温度和频率等工作条件的影响。接下来的两个损耗与电压转换器电路的输出电阻有关。开关损耗是由于IC中MOSFET开关的导通电阻造成的。电荷泵电容损耗是由于其ESR而产生的。这些损耗与输出电阻之间的关系如下：
PCAPACITOR 损耗 + 转换损耗 = IOUT2 × ROUT
第一项是理想开关电容电路的有效电阻。当CFLY和COUT之间存在电压差时，在电荷转移过程中会发生转换损耗。功率损耗为：
转换损失

SGM3204的效率主要取决于它们在低输出电流下的静态电源电流和它们在高电流下的输出阻抗。

其中，IQ = 静态电流。

详细说明

电容器选型

为了保持最低的输出电阻，请使用低ESR的电容器（见表1）。电荷泵输出电阻是CFLY和COUT的ESR的函数。
因此，将电荷泵电容的ESR降至最低，即可使总输出电阻降至最低。电容值与所需的输出电流以及输出噪声和纹波要求密切相关。只能使用相同类型的3.3μF电容器。

表 1.推荐电容值

电压（V）	IOUT （mA）	CIN （μF）	CFLY （μF）	COUT （μF）
1.4 到 5.5	200	3.3	3.3	3.3

输入电容 （CIN）

旁路输入电源，以降低其交流阻抗和SGM3204开关噪声的影响。推荐的旁路取决于电路配置和负载连接位置。当逆变器从输出加载到GND时，来自电源的电流在2×IOUT和零之间切换。因此，如果电源具有高交流阻抗，请使用大旁路电容（例如，等于 CFLY 值）。当逆变器从 IN 加载到 OUT 时，电路会持续消耗 2 × IOUT，但短开关尖峰除外。一个0.1μF的旁路电容就足够了。

跨接电容器 （CFLY）

增加跨接电容的尺寸会降低输出电阻。较小的值可增加输出电阻。
超过某个点，增加CFLY的电容的影响可以忽略不计，因为输出电阻由内部开关电阻和电容ESR主导。

输出电容 （COUT）

增大输出电容的尺寸可降低输出纹波电压。降低其ESR可降低输出电阻和纹波。如果可以容忍更高的输出纹波，则可以在轻负载下使用较小的电容值。使用以下公式计算峰峰值纹波。
$$V_{OUTRIPPLE}=\frac{I_{OUT}}{f_{osc}\times C_{OUT}}+2\times Iout\times ES{R}_{COUT}$$

应用资料

电压逆变器

该器件最常见的应用是电荷泵电压反相器（见图2）。该应用只需要两个外部元件：电容器CFLY和COUT，以及旁路电容器（如有必要）。

图2.典型工作电路 电荷泵电压反相器

为了获得最大的输出电流和最佳性能，建议使用三个3.3μF的陶瓷电容器。对于较低的电流或较高的允许输出电压纹波，也可以使用其他电容器。建议输出电容的最小值为3.3μF。当飞散电容低于3.3μF时，最大输出功率会降低。