探索MAX660：高性能CMOS單芯片電壓轉換器

在電子設計的領域中，電壓轉換是一項基礎且關鍵的技術。今天，我們要深入探討的是Maxim公司的MAX660——一款CMOS單芯片電壓轉換器，它在電壓轉換方面有著出色的表現。

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1. 產品概述

MAX660是一款單芯片電荷泵電壓逆變器，能夠將+1.5V至+5.5V的輸入電壓轉換為相應的-1.5V至-5.5V輸出電壓。它只需兩個低成本電容，就能提供100mA的輸出電流，可替代開關穩壓器，避免了電感帶來的成本、尺寸和電磁干擾（EMI）問題。在大部分負載電流范圍內，其效率超過90%，典型工作電流僅為120μA，非常適合電池供電和板級電壓轉換應用。此外，它還能將輸入電源或電池的輸出電壓加倍，例如從+5V輸入提供+9.35V、100mA的輸出。

2. 產品特性

2.1 小電容設計

MAX660使用小電容即可實現高效電壓轉換，降低了成本和電路板空間。

2.2 低損耗與低電流

在100mA負載下，典型損耗僅為0.65V，典型工作電流為120μA，有助于降低功耗。

2.3 低輸出阻抗

典型輸出阻抗為6.5Ω，當C1 = C2 = 10μF時，保證輸出阻抗ROUT < 15Ω，輸出穩定性好。

2.4 引腳兼容與功能升級

它是ICL7660的引腳兼容、大電流升級版，可輕松替代ICL7660。

2.5 電壓轉換模式多樣

能實現輸入電源電壓的反相或加倍，還可選擇10kHz/80kHz的振蕩器頻率，在100mA負載下典型轉換效率達88%。

3. 應用領域

MAX660的應用十分廣泛，包括筆記本電腦、醫療儀器、接口電源、手持儀器和運算放大器電源等。這些領域對電壓轉換的效率、尺寸和穩定性都有較高要求，而MAX660正好能滿足這些需求。

4. 引腳配置與功能

MAX660有8個引腳，不同引腳在反相和加倍模式下有不同的功能：

4.1 FC（頻率控制）

用于選擇內部振蕩器的頻率，FC開路時，典型頻率為10kHz；FC連接到V+時，典型頻率為80kHz（最小40kHz）。當OSC引腳由外部驅動時，FC無作用。

4.2 CAP+和CAP -

分別為電荷泵電容的正、負端子。

4.3 GND和V+

GND為電源地輸入，V+為電源正電壓輸入。在不同模式下，引腳功能會有所變化。

4.4 OUT

在反相模式下為負電壓輸出，在加倍模式下為電源地輸入。

4.5 LV（低電壓操作輸入）

在輸入電壓小于3V的反相模式下，LV必須連接到GND；在輸入電壓大于3V的反相模式下，LV可連接到GND或開路；在加倍模式下，LV必須連接到OUT。

4.6 OSC（振蕩器控制輸入）

連接到內部15pF電容，可添加外部電容減慢振蕩器速度，也可連接外部振蕩器驅動。在電壓加倍模式下，不要過度驅動OSC。

5. 詳細工作原理與使用注意事項

5.1 電壓轉換模式

MAX660的電容式電荷泵電路可實現輸入電壓的反相或加倍。為獲得最佳性能，應使用低等效串聯電阻（ESR）的電容。

5.2 低電壓應用

在反相模式下，當電源電壓小于3V時，LV必須連接到GND，以繞過內部穩壓器電路，提高低電壓應用的性能。

5.3 振蕩器頻率控制

通過FC和OSC引腳可控制振蕩器頻率，有四種控制模式：

• FC和OSC開路時，振蕩器典型頻率為10kHz。
• FC連接到V+，OSC開路時，頻率提高到80kHz。
• 連接外部電容到OSC和GND，可降低振蕩器頻率，FC仍可將頻率提高8倍。
• 連接外部時鐘到OSC，振蕩器頻率為外部時鐘頻率。在反相模式下，OSC可由外部時鐘源驅動，但此時FC無作用，且LV必須接地。

6. 電容選擇

電容的選擇對MAX660的性能至關重要。影響輸出電壓降的因素包括MAX660輸出電阻、泵電容（C1）和儲能電容（C2）的ESR以及C1和C2的電容值。一般來說，隨著泵頻率的增加，所需的電容值會相應減小。為降低輸出紋波，可增加C2的電容值或降低其ESR。同時，建議選擇低ESR的電容，文中還提供了一些低ESR電解電容制造商的信息。

7. 電路組合應用

7.1 級聯設備

將多個MAX660級聯可產生更大的負電壓倍數，輸出電阻近似等于各個MAX660輸出電阻之和，輸出電壓為Vout = -n(VIN)，其中n為級聯設備的數量。

7.2 并聯設備

并聯多個MAX660可降低輸出電阻，每個設備需要自己的泵電容C1，而儲能電容C2為所有設備共用，C2的值應增加n倍，n為設備數量。

7.3 正負電壓組合轉換

通過特定的電路配置，可實現正電壓倍增和負電壓轉換的雙重功能，但這種配置會導致生成電源的源阻抗增加。

8. 總結

MAX660是一款功能強大、性能出色的電壓轉換器，它在電壓轉換效率、尺寸、成本和靈活性方面都有很好的表現。電子工程師在進行電壓轉換設計時，可根據具體的應用需求，合理選擇MAX660的工作模式、振蕩器頻率和外部電容，以實現最佳的設計效果。你在使用電壓轉換器時，有沒有遇到過什么特別的問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗。