探索MAX870/MAX871開關電容電壓逆變器：特性、應用與設計要點

引言

在電子設計領域，電壓轉換是一個關鍵環節，特別是在電池供電和板級電壓轉換應用中。MAXIM的MAX870/MAX871開關電容電壓逆變器以其卓越的性能和小巧的封裝，成為了眾多工程師的首選。今天，我們就來深入了解一下這兩款器件。

文件下載：MAX870.pdf

一、器件概述

MAX870/MAX871是超小型的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90%的效率和低至0.7mA（MAX870）的工作電流，非常適合電池供電和板級電壓轉換應用。芯片內部集成了振蕩器控制電路和四個功率MOSFET開關，采用5引腳SOT23 - 5封裝，能夠在500mV壓降的情況下提供25mA的輸出電流。

主要特性

1. 高效轉換：電壓轉換效率高達99%，能有效減少能量損耗。
2. 低靜態電流：MAX870的靜態電流僅為0.7mA，有助于延長電池續航時間。
3. 寬輸入電壓范圍：+1.4V至+5.5V的輸入電壓范圍，適用于多種電源場景。
4. 簡單電路：僅需兩個電容即可完成電壓轉換，簡化了設計。
5. 高輸出電流：能夠提供25mA的輸出電流，滿足大多數應用需求。

二、電氣特性分析

1. 電源電流

在不同的工作條件下，MAX870和MAX871的電源電流有所不同。在TA = +25°C時，MAX870的典型電源電流為0.7mA，而MAX871的典型值也在合理范圍內。不過，在啟動期間，它們可能會吸取較高的電源電流，為保證正常啟動，輸入電源必須能夠提供比最大負載電流多90mA的電流。

2. 振蕩器頻率

MAX870的振蕩器頻率典型值為125kHz，MAX871為500kHz。在不同的溫度和負載條件下，頻率會有一定的波動，但仍能保持在合理的范圍內。

3. 功率效率和電壓轉換效率

這兩款器件的功率效率和電壓轉換效率都非常高。在典型條件下，MAX870的功率效率可達90%，電壓轉換效率高達99.3%；MAX871的表現也相當出色。效率會受到輸出電流、輸入電壓等因素的影響，在實際應用中需要根據具體情況進行優化。

4. 輸出電阻

輸出電阻是衡量器件性能的重要指標之一。它與電容的選擇密切相關，電容的等效串聯電阻（ESR）和電容值會影響輸出電阻的大小。一般來說，增大電容值可以降低輸出電阻，但當電容值增大到一定程度后，輸出電阻主要由內部開關電阻和電容ESR決定。

三、典型應用場景

1. 本地-5V電源

從5V邏輯電源生成-5V電源，為模擬電路供電，這是MAX870/MAX871最常見的應用之一。

2. 小型LCD面板

為小型LCD面板提供合適的電壓，確保其正常顯示。

3. 手機和醫療儀器

在這些對功耗和尺寸要求較高的設備中，MAX870/MAX871的低功耗和小封裝優勢得到了充分發揮。

4. 手持終端和PDA

為這些電池供電設備提供穩定的電壓轉換，延長電池續航時間。

四、電容選擇與設計要點

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，但當電容值超過一定范圍后，對輸出電阻的影響變得不明顯。因此，需要根據具體應用選擇合適的電容值。
• 輸出電容（C2）：增大輸出電容的尺寸可以降低輸出紋波電壓，減小電容的ESR可以同時降低輸出電阻和紋波。對于輕負載應用，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，減少MAX870/MAX871開關噪聲的影響。根據電路配置和負載連接方式的不同，選擇合適的旁路電容。

2. 電路設計

• 級聯應用：兩個器件可以級聯以產生更大的負電壓，但需要注意輸出電阻會隨著級聯數量的增加而顯著上升。在級聯應用中，要確保第n級電路的最大負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。
• 并聯應用：并聯多個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）可以為所有器件共用。
• 組合倍壓/反相器：在特定電路中，可以同時實現電壓反相和倍壓功能，但要注意兩個輸出的電流總和不能超過40mA。
• 重負載應用：在重負載情況下，為防止OUT端電壓被拉高，需要在GND和OUT之間連接一個肖特基二極管。

3. 布局和接地

良好的布局對于降低噪聲至關重要。要將所有組件盡可能靠近安裝，縮短走線長度，以減少寄生電感和電容，并使用接地平面。

五、總結

MAX870/MAX871開關電容電壓逆變器以其高效、低功耗、小封裝等優點，在電子設計領域具有廣泛的應用前景。通過合理選擇電容、優化電路設計和布局，可以充分發揮其性能優勢。在實際應用中，工程師們需要根據具體需求，綜合考慮各種因素，以實現最佳的設計效果。你在使用MAX870/MAX871過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。