MAX1673：高效電荷泵DC - DC逆變器的設計與應用

在電子設備的電源設計中，常常需要將正電壓轉換為負電壓，以滿足特定電路的需求。MAX1673作為一款調(diào)節(jié)型、125mA輸出的電荷泵DC - DC逆變器，為我們提供了一種低成本、緊湊的解決方案。下面，我們就來深入了解一下這款產(chǎn)品。

文件下載：MAX1673.pdf

一、產(chǎn)品概述

MAX1673能夠從2V至5.5V的正輸入電壓產(chǎn)生調(diào)節(jié)后的負輸出電壓，最大輸出電流可達125mA。它僅需三個小電容和兩個電阻即可實現(xiàn)完整的調(diào)節(jié)電路，非常適合對空間要求較高的緊湊型應用。該器件有Skip和Linear（LIN）兩種調(diào)節(jié)模式，能根據(jù)不同的應用場景優(yōu)化輸出性能。

二、產(chǎn)品特點

（一）輸出性能

• 調(diào)節(jié)負輸出電壓：可提供高達 -1 x VIN的調(diào)節(jié)負輸出電壓，滿足多種電路對負電壓的需求。
• 大輸出電流：最大輸出電流可達125mA，能為負載提供充足的功率。

（二）低功耗設計

• 低靜態(tài)電流：在Skip模式調(diào)節(jié)下，靜態(tài)電流僅為35μA，有效降低了功耗。
• 邏輯控制關機模式：具備1μA的邏輯控制關機模式，進一步節(jié)省電能。

（三）工作模式優(yōu)勢

• Skip模式：通過按需切換頻率來調(diào)節(jié)輸出，在輕載時開關速度變慢，使用小電容和低靜態(tài)電流，能有效降低功耗。
• LIN模式：以恒定的350kHz開關頻率工作，輸出紋波頻率恒定，便于過濾，適用于對噪聲要求較低的應用。

三、應用領域

MAX1673的應用范圍廣泛，包括但不限于以下領域：

• 硬盤驅動器：為硬盤中的某些電路提供穩(wěn)定的負電壓。
• 測量儀器：確保測量電路的穩(wěn)定性和準確性。
• 攝像機和數(shù)碼相機：滿足相機內(nèi)部電路對負電壓的需求。
• 調(diào)制解調(diào)器：為調(diào)制解調(diào)電路提供合適的電源。
• 模擬信號處理應用：保證信號處理過程中的電源穩(wěn)定性。

四、引腳配置與功能

五、電氣特性

（一）輸入輸出參數(shù)

• 輸入電壓范圍：Skip模式下為2.0V至5.5V，LIN模式下為2.7V至5.5V。
• 最小輸出電壓：Skip模式下為0V，LIN模式下為 -1.5V。
• 最大輸出電流：可達125mA。

（二）其他特性

• 靜態(tài)電流：LIN模式下典型值為8mA，Skip模式下為35μA。
• 關機電流：最大為1μA。
• 線路調(diào)節(jié)和負載調(diào)節(jié)：在不同模式下有不同的調(diào)節(jié)精度。

六、工作模式詳解

（一）線性模式（LIN模式）

在LIN模式下，電荷泵以恒定的350kHz頻率連續(xù)運行。通過改變開關S1的柵極驅動來控制飛跨電容CFLY的充電，從而調(diào)節(jié)輸出電壓。這種模式下輸出紋波小，噪聲頻率成分明確，但由于工作電流較高（典型值8mA），效率相對Skip模式較低。

（二）Skip模式

Skip模式下，器件僅在需要時切換，以維持反饋引腳FB的調(diào)節(jié)。當FB電壓高于GND時，跳過開關周期。該模式輸出噪聲較高，但能最小化工作電流。

（三）關機模式

當SHDN引腳為低電平時，MAX1673進入低功耗關機模式，電荷泵停止切換，內(nèi)部1Ω開關將VOUT拉至地。

七、元件選擇

（一）電阻選擇

通過外部電阻R1和R2可以調(diào)節(jié)輸出電壓，計算公式為 (V{OUT}=-V{REF} frac{R2}{R1}) 。通常選擇50μA的分壓器電流，以減小FB輸入電流的影響，即 (R1 = V{REF} / 50 mu A) ， (R2 = -V{OUT} / 50 mu A) 。

（二）電容選擇

• 飛跨電容CFLY：建議使用1μF或更大的值，Maxim推薦2.2μF，以滿足負載電流要求。表面貼裝陶瓷電容是首選，因其尺寸小、成本低且等效串聯(lián)電阻（ESR）低。
• 輸出電容COUT：一般應至少為飛跨電容的十倍。在Skip模式下，輸出紋波主要取決于CFLY和COUT的電容值以及COUT的ESR。在LIN模式下，可使用特定公式近似計算輸出電壓紋波。

八、布局考慮

由于MAX1673的振蕩器頻率較高，良好的布局技術至關重要。應采取以下措施：

• 盡量將所有元件緊密安裝在一起，將反饋電阻R1和R2靠近FB引腳放置，縮短FB電路節(jié)點的PCB走線長度。
• 保持走線短，以減小寄生電感和電容。
• 使用接地平面，確保穩(wěn)定性和重負載下的輸出電壓。

在實際設計中，你是否遇到過類似電荷泵電源設計的挑戰(zhàn)呢？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。

總之，MAX1673以其豐富的功能和良好的性能，為電子工程師在負電壓轉換設計中提供了一個可靠的選擇。通過合理選擇元件和優(yōu)化布局，我們可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢，滿足各種應用的需求。