MAX828/MAX829 開關(guān)電容電壓逆變器：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

一、引言

在電子設(shè)計(jì)中，電壓轉(zhuǎn)換是一個(gè)常見且關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。特別是在電池供電和板級(jí)電壓轉(zhuǎn)換應(yīng)用中，高效、小型化的電壓逆變器顯得尤為重要。MAXIM公司的MAX828/MAX829開關(guān)電容電壓逆變器就是這樣一款優(yōu)秀的產(chǎn)品，下面我們來詳細(xì)了解一下它的特點(diǎn)、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)過程中的注意事項(xiàng)。

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二、產(chǎn)品概述

2.1 基本特性

MAX828/MAX829是超小型的CMOS電荷泵逆變器，輸入電壓范圍為+1.5V至+5.5V。其中，MAX828工作頻率為12kHz，MAX829工作頻率為35kHz。它們具有高效率（在大部分負(fù)載電流范圍內(nèi)大于90%）和低工作電流（MAX828為60μA）的特點(diǎn)，非常適合電池供電和板級(jí)電壓轉(zhuǎn)換應(yīng)用。

2.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

芯片內(nèi)部集成了振蕩器控制電路和四個(gè)功率MOSFET開關(guān)，采用5引腳SOT23 - 5封裝，能夠在500mV的壓降情況下提供25mA的輸出電流。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

• 小型LCD面板：為LCD面板提供所需的負(fù)電壓，保證其正常顯示。
• 手機(jī)：滿足手機(jī)內(nèi)部不同電路模塊對負(fù)電壓的需求。
• 醫(yī)療儀器：在一些對電源穩(wěn)定性要求較高的醫(yī)療設(shè)備中發(fā)揮作用。
• 手持終端和PDA：為這些便攜設(shè)備的電子電路提供合適的電壓。
• 電池供電設(shè)備：高效的電壓轉(zhuǎn)換可以延長電池的使用時(shí)間。

四、產(chǎn)品特性

4.1 封裝與效率

• 采用5引腳SOT23 - 5封裝，體積小巧，便于在電路板上布局。
• 具有高達(dá)95%的電壓轉(zhuǎn)換效率，能夠有效減少能量損耗。

4.2 電氣特性

• 輸入電壓范圍：+1.5V至+5.5V，適應(yīng)多種電源環(huán)境。
• 靜態(tài)電流：MAX828的靜態(tài)電流為60μA，功耗較低。
• 輸出電流：能夠提供25mA的輸出電流，滿足一般應(yīng)用需求。
• 振蕩器頻率：MAX828為12kHz，MAX829為35kHz。

4.3 絕對最大額定值

• 輸入到地電壓：+6.0V至 - 0.3V
• 輸出到地電壓： - 6.0V至+0.3V
• 輸出電流：最大50mA
• 短路保護(hù)：輸出短路到地可無限期工作

五、典型工作電路與引腳說明

5.1 典型工作電路

典型工作電路只需要兩個(gè)外部電容C1和C2，以及一個(gè)旁路電容（如有必要）。通過電容的充放電過程實(shí)現(xiàn)電壓的反轉(zhuǎn)。

5.2 引腳說明

六、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

6.1 電容選擇

• 飛跨電容（C1）：增大飛跨電容的尺寸可以降低輸出電阻，但超過一定值后，效果不明顯，因?yàn)檩敵鲭娮钑?huì)受到內(nèi)部開關(guān)電阻和電容ESR的限制。
• 輸出電容（C2）：增大輸出電容的尺寸可以降低輸出紋波電壓，減小其ESR可以同時(shí)降低輸出電阻和紋波。對于輕負(fù)載，如果能夠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)載連接位置選擇合適的旁路電容。

6.2 效率考慮

效率與輸出電流和輸出阻抗有關(guān)。在低輸出電流時(shí)，靜態(tài)電流對效率影響較大；在高輸出電流時(shí)，輸出阻抗對效率影響較大。計(jì)算公式如下： (eta cong frac{I{OUT }}{I{OUT }+I{O}}left(1-frac{I{OUT } × R{OUT }}{V{IN }}right)) 其中，輸出阻抗 (R{OUT } cong frac{1}{left(t{OSC }right) × C 1}+2 R{SW}+4 ESR{C 1}+ESR_{C 2})

6.3 級(jí)聯(lián)與并聯(lián)

• 級(jí)聯(lián)：兩個(gè)設(shè)備可以級(jí)聯(lián)以產(chǎn)生更大的負(fù)電壓，但級(jí)聯(lián)多個(gè)設(shè)備會(huì)使輸出電阻大幅增加。
• 并聯(lián)：并聯(lián)多個(gè)MAX828或MAX829可以降低輸出電阻，每個(gè)設(shè)備需要自己的泵電容（C1），而儲(chǔ)能電容（C2）可以共用。

6.4 重負(fù)載處理

在重負(fù)載情況下，需要在GND和OUT之間連接一個(gè)肖特基二極管（如1N5817），以防止OUT電源被拉到地以上。

6.5 布局與接地

良好的布局對于降低噪聲至關(guān)重要。應(yīng)盡量將所有組件安裝在一起，縮短走線長度，以減少寄生電感和電容，并使用接地平面。

6.6 關(guān)機(jī)控制

如果需要邏輯控制關(guān)機(jī)功能，可以參考MAX1719/MAX1720/MAX1721。對于MAX828/MAX829，可以使用特定電路實(shí)現(xiàn)手動(dòng)關(guān)機(jī)控制。

七、總結(jié)

MAX828/MAX829開關(guān)電容電壓逆變器以其高效、小型化的特點(diǎn)，在多種電子應(yīng)用中具有重要的價(jià)值。在設(shè)計(jì)過程中，合理選擇電容、考慮效率和負(fù)載情況、優(yōu)化布局和接地等方面都需要工程師仔細(xì)考慮。希望本文能夠?yàn)?a target="_blank">電子工程師在使用MAX828/MAX829進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)提供一些有用的參考。你在實(shí)際設(shè)計(jì)中是否遇到過類似產(chǎn)品的應(yīng)用難題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。