MAX860/MAX861：50mA頻率可選開關(guān)電容電壓轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)指南

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電壓轉(zhuǎn)換是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，尤其是在電池供電和板級(jí)電壓轉(zhuǎn)換應(yīng)用中。Maxim Integrated的MAX860/MAX861 50mA頻率可選開關(guān)電容電壓轉(zhuǎn)換器，為我們提供了一種高效、靈活的解決方案。今天，我們就來深入探討一下這款器件的特性、應(yīng)用及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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器件概述

MAX860/MAX861是電容式電荷泵，能夠?qū)斎腚妷哼M(jìn)行反相或加倍處理。它的輸入電壓范圍為+1.5V至+5.5V（反相時(shí)）或+2.5V至+5.5V（加倍時(shí)），輸出電流可達(dá)50mA。由于其高開關(guān)頻率，僅需兩個(gè)小型、低成本的電容器，就可以實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換，避免了使用電感式開關(guān)穩(wěn)壓器帶來的成本、尺寸和電磁干擾問題。在大部分負(fù)載電流范圍內(nèi)，效率超過90%，典型工作電流僅為200μA（MAX860），非常適合電池供電和板級(jí)電壓轉(zhuǎn)換應(yīng)用。

主要特性

1. 封裝形式：提供8引腳μMAX和SO封裝，其中μMAX封裝高度僅為1.11mm。
2. 電壓轉(zhuǎn)換功能：可對(duì)輸入電源電壓進(jìn)行反相或加倍處理。
3. 頻率選擇：通過頻率控制（FC）引腳提供三種可選開關(guān)頻率，可優(yōu)化電容器尺寸和靜態(tài)電流，并防止對(duì)敏感電路產(chǎn)生干擾。
4. 高效節(jié)能：50mA時(shí)效率達(dá)87%，典型靜態(tài)電流為200μA（MAX860），關(guān)斷時(shí)電源電流小于1μA。
5. 低電壓降：50mA負(fù)載時(shí)電壓降為600mV，輸出電阻為12Ω。

典型應(yīng)用

電壓反相器

這是MAX860/MAX861最常見的應(yīng)用，僅需兩個(gè)外部電容器C1和C2，必要時(shí)還可添加旁路電容。盡管輸出未進(jìn)行主動(dòng)調(diào)節(jié)，但對(duì)負(fù)載電流變化不太敏感。例如，在+5V輸入時(shí)，空載輸出電壓為 -5V，50mA負(fù)載時(shí)輸出電壓降至 -4.4V。

正電壓倍增器

該器件也可作為正電壓倍增器使用，同樣只需兩個(gè)外部電容器C1和C2?？蛰d輸出電壓為輸入電壓的兩倍，其電氣規(guī)格與反相器模式相似，但電源電壓范圍和空載電源電流有所不同。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

電容器選擇

電容器的選擇對(duì)MAX860/MAX861的性能至關(guān)重要。建議使用低等效串聯(lián)電阻（ESR）的電容器，以降低輸出電阻和紋波電壓。輸出電阻計(jì)算公式為： [ROUT =RO+4 × ESR{C 1}+ESR{C 2}+1 /left(f{S} × C 1right)] 其中，RO約為8Ω，fS為開關(guān)頻率。當(dāng)C1和C2足夠大或開關(guān)頻率足夠高時(shí)，輸出電阻可近似為： [ROUT =RO{0}+4 × ESR{C 1}+ESR{C 2}] 典型設(shè)計(jì)步驟如下：

1. 選擇相同的C1和C2：為方便設(shè)計(jì)，可選擇相同的電容器。
2. 選擇開關(guān)頻率fS：根據(jù)具體需求選擇合適的開關(guān)頻率。若要避免特定噪聲頻率，可選擇相應(yīng)的fS；若要最小化電容器成本和尺寸，可選擇較高的fS；若要最小化電流消耗，可選擇較低的fS。
3. 選擇電容器：參考表3選擇合適的電容器，也可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整電容值以優(yōu)化性能。表4列出了提供低ESR電容器的制造商。

旁路電容

旁路電容可降低輸入電源的交流阻抗，減少M(fèi)AX860/MAX861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，旁路電容的選擇也有所不同。當(dāng)逆變器從OUT到GND加載或倍增器從VDD到GND加載時(shí)，若電源交流阻抗較高，建議使用較大的旁路電容；當(dāng)逆變器和倍增器從VDD到OUT加載時(shí)，0.1μF的旁路電容通常就足夠了。

級(jí)聯(lián)和并聯(lián)

• 級(jí)聯(lián)：兩個(gè)或多個(gè)MAX860/MAX861可以級(jí)聯(lián)以增加輸出電壓，但輸出電阻會(huì)顯著增加。當(dāng)級(jí)聯(lián)三個(gè)或更多器件時(shí)，電感式開關(guān)穩(wěn)壓器可能是更好的選擇。
• 并聯(lián)：并聯(lián)多個(gè)MAX860/MAX861可以降低輸出電阻。每個(gè)器件需要獨(dú)立的泵電容（C1），而儲(chǔ)能電容（C2）可以共用，其電容值應(yīng)根據(jù)并聯(lián)器件的數(shù)量進(jìn)行相應(yīng)增加。

與其他器件的兼容性

MAX860/MAX861可以在為MAX660、MAX665和ICL7660設(shè)計(jì)的插座中使用，只需進(jìn)行最少的布線更改。需要注意的是，MAX660、MAX665和ICL7660有一個(gè)OSC引腳，而不是SHDN引腳。在使用時(shí)，應(yīng)將SHDN引腳連接到VDD以啟用MAX860/MAX861。

總結(jié)

MAX860/MAX861 50mA頻率可選開關(guān)電容電壓轉(zhuǎn)換器以其高效、靈活的特性，為電壓轉(zhuǎn)換應(yīng)用提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。在設(shè)計(jì)過程中，合理選擇電容器、旁路電容以及采用適當(dāng)?shù)募?jí)聯(lián)和并聯(lián)方式，可以充分發(fā)揮該器件的性能優(yōu)勢(shì)。希望本文能夠?qū)Υ蠹以谑褂肕AX860/MAX861進(jìn)行電子設(shè)計(jì)時(shí)有所幫助。你在使用類似電壓轉(zhuǎn)換器時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。