探索MAX870/MAX871開關(guān)電容電壓逆變器：特性、應(yīng)用與設(shè)計要點

在電子設(shè)計領(lǐng)域，電源管理是一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。今天，我們來深入了解一款優(yōu)秀的開關(guān)電容電壓逆變器——MAX870/MAX871，看看它有哪些特性、應(yīng)用場景以及設(shè)計時需要注意的要點。

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一、產(chǎn)品概述

MAX870/MAX871是超小型的單片CMOS電荷泵逆變器，輸入電壓范圍為 +1.4V 至 +5.5V。其中，MAX870工作頻率為125kHz，MAX871工作頻率為500kHz。它們具有高達(dá)90%的效率和較低的工作電流（MAX870為0.7mA），非常適合電池供電和板級電壓轉(zhuǎn)換應(yīng)用。芯片內(nèi)部集成了振蕩器控制電路和四個功率MOSFET開關(guān)。典型應(yīng)用是從 +5V 邏輯電源產(chǎn)生 -5V 電源，為模擬電路供電。這兩款器件都采用5引腳SOT23 - 5封裝，可提供25mA電流，壓降為500mV。

主要特性

1. 封裝形式：5引腳SOT23 - 5封裝，體積小巧，節(jié)省空間。
2. 高效轉(zhuǎn)換：電壓轉(zhuǎn)換效率高達(dá)99%，能有效減少能量損耗。
3. 電壓反轉(zhuǎn)：可將輸入電源電壓反轉(zhuǎn)輸出。
4. 低靜態(tài)電流：MAX870的靜態(tài)電流僅為0.7mA，有助于延長電池續(xù)航時間。
5. 寬輸入電壓范圍：+1.4V 至 +5.5V，適用于多種電源場景。
6. 元件簡單：僅需兩個電容即可工作，簡化了電路設(shè)計。
7. 輸出電流：可提供25mA的輸出電流。

二、電氣特性與性能指標(biāo)

絕對最大額定值

為了確保器件的安全和可靠性，需要了解其絕對最大額定值。例如，IN 到 GND 的電壓范圍為 +6.0V 至 -0.3V，OUT 到 GND 的電壓范圍為 -6.0V 至 +0.3V 等。超出這些額定值可能會對器件造成永久性損壞。

電氣參數(shù)

在不同的工作條件下，MAX870/MAX871有不同的電氣參數(shù)表現(xiàn)。例如，在 TA = +25°C 時，MAX870的電源電流典型值為0.7mA，功率效率可達(dá)90%；MAX871的振蕩器頻率典型值為500kHz。同時，輸出電阻、最小供應(yīng)電壓、最大供應(yīng)電壓等參數(shù)也會隨著工作條件的變化而有所不同。

典型工作特性

通過一系列的圖表可以直觀地了解器件的性能。比如，供應(yīng)電流與供應(yīng)電壓的關(guān)系、輸出電阻與供應(yīng)電壓的關(guān)系、輸出電壓與輸出電流的關(guān)系等。這些特性曲線有助于工程師在設(shè)計時根據(jù)實際需求進(jìn)行合理的參數(shù)選擇。

三、應(yīng)用場景

本地 -5V 電源

從5V邏輯電源產(chǎn)生本地 -5V 電源，為模擬電路供電，是其常見的應(yīng)用場景之一。

小型LCD面板

為小型LCD面板提供合適的電源，確保其正常顯示。

手機

在手機等移動設(shè)備中，可用于電源管理和電壓轉(zhuǎn)換，滿足不同電路的供電需求。

醫(yī)療儀器

為醫(yī)療儀器中的模擬電路提供穩(wěn)定的電源，保證儀器的正常運行。

手持終端和PDA

適用于手持終端和PDA等設(shè)備，延長電池續(xù)航時間。

電池供電設(shè)備

由于其低功耗和高效轉(zhuǎn)換的特性，非常適合電池供電設(shè)備。

四、設(shè)計要點

電容選擇

• 飛跨電容（C1）：增加飛跨電容的尺寸可以降低輸出電阻，但超過一定值后，輸出電阻主要由內(nèi)部開關(guān)電阻和電容ESR決定。
• 輸出電容（C2）：增大輸出電容的尺寸可以降低輸出紋波電壓，減小ESR可以同時降低輸出電阻和紋波。對于輕負(fù)載，如果能容忍較高的輸出紋波，可以使用較小的電容值。
• 輸入旁路電容：旁路輸入電源可以降低其交流阻抗和開關(guān)噪聲的影響。根據(jù)電路配置和負(fù)載連接位置的不同，選擇合適的旁路電容。

級聯(lián)和并聯(lián)應(yīng)用

• 級聯(lián)：兩個器件可以級聯(lián)以產(chǎn)生更大的負(fù)電壓，但級聯(lián)超過兩個器件時，輸出電阻會顯著增加。在級聯(lián)時，要確保第n級電路的最大負(fù)載電流和啟動電流不超過第(n - 1)級電路的最大輸出電流能力。
• 并聯(lián)：并聯(lián)多個MAX870或MAX871可以降低輸出電阻。每個器件需要有自己的泵電容（C1），而儲能電容（C2）可以共用。

組合應(yīng)用

在一些電路中，可以將逆變器和倍壓器組合使用，但要注意兩個輸出的電流總和不能超過40mA。

重負(fù)載處理

在重負(fù)載情況下，當(dāng)較高的電源向OUT提供電流時，OUT電源不能被拉到高于地電位。對于需要向OUT注入大電流的應(yīng)用，需要在GND和OUT之間連接一個肖特基二極管。

布局和接地

良好的布局對于噪聲性能至關(guān)重要。要將所有組件盡可能靠近安裝，縮短走線以減少寄生電感和電容，并使用接地平面。

五、關(guān)機控制

如果需要邏輯控制關(guān)機功能，可以參考MAX1720/MAX1721。對于MAX870/MAX871，可以通過特定的電路實現(xiàn)手動關(guān)機控制。

總之，MAX870/MAX871開關(guān)電容電壓逆變器以其高效、低功耗和簡單的設(shè)計，為電子工程師在電源管理和電壓轉(zhuǎn)換方面提供了一個優(yōu)秀的解決方案。在實際設(shè)計中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景和需求，合理選擇電容、進(jìn)行電路布局，并注意各種設(shè)計要點，以確保電路的性能和穩(wěn)定性。大家在使用過程中有沒有遇到過什么問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。