探索MAX1044/ICL7660开关电容电压转换器：特性、应用与设计要点

在电子设计领域，电压转换是一个关键环节，尤其是在需要产生负电压或倍压的应用中。MAX1044和ICL7660作为两款备受关注的开关电容电压转换器，它们以其独特的性能和广泛的应用场景，为工程师们提供了有效的解决方案。今天，我们就来深入探讨这两款器件的特性、应用以及设计过程中的要点。

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器件概述

MAX1044和ICL7660是单片CMOS开关电容电压转换器，能够对正输入电压进行反相、加倍、分频或倍增操作。它们与行业标准的ICL7660和LTC1044引脚兼容，工作电压范围为1.5V至10V，在全温度范围内无需外部二极管。在输出压降为0.5V时，它们能够提供10mA的电流。其中，MAX1044具有一个BOOST引脚，可以将振荡器频率提高到音频频段以上，并减少外部电容的尺寸要求。

器件特性

封装与电压范围

这两款器件采用了微型μMAX封装，并且具有1.5V至10.0V的宽工作电源电压范围，这使得它们在不同的电源环境下都能稳定工作。

高效转换

典型的功率转换效率高达98%，能够有效减少能量损耗，提高电源的利用率。

多功能转换

可以对输入电压进行反相、加倍、分频或倍增操作，满足不同的设计需求。

低功耗

在空载时，5V电源下的最大电源电流仅为200μA，并且在较高电压操作时无需外部二极管。

频率提升

MAX1044的BOOST引脚可以增加开关频率，进一步优化电路性能。

应用场景

负电源生成

可以从+5V逻辑电源生成-5V电源，为模拟电路供电，这在许多需要正负电源的电路中非常有用。

通信设备

如个人通信设备、便携式电话等，这些设备通常对电源的体积和效率有较高的要求，MAX1044/ICL7660正好满足这些需求。

运算放大器电源

为运算放大器提供稳定的电源，确保其正常工作。

数据采集系统

在数据采集系统中，需要精确的电源来保证数据的准确性，这两款器件可以提供可靠的电源支持。

手持仪器和面板仪表

适用于各种手持仪器和面板仪表，为其提供合适的电源。

设计要点

引脚使用

• BOOST引脚（MAX1044）：将BOOST引脚连接到V+可以将振荡器频率提高约6倍，从而降低输出阻抗、减少输出纹波，并允许使用更小的电容。但当振荡器由外部驱动时，BOOST引脚应保持开路。
• LV引脚：该引脚用于旁路内部电压调节器，以提高低电压性能。对于低于3.5V的电源电压，应将LV引脚连接到地；对于高于3.5V的电源电压，应将其开路。不过，MAX1044的LV引脚在所有工作条件下都可以接地，但会增加静态电流并降低在较高电源电压下的效率。
• OSC引脚：连接外部电容可以降低振荡器频率，从而提高轻载电流下的效率，但会增加输出纹波和输出阻抗。也可以使用外部振荡器驱动该引脚，以实现频率同步或获得更高的频率。

振荡器频率

• 增加频率：通过BOOST引脚增加振荡器频率可以降低输出阻抗、减少输出纹波，并将开关噪声移出音频频段。
• 降低频率：连接外部电容到OSC引脚可以降低振荡器频率，减少静态电流，但需要增加电容值来补偿增加的纹波电压。

输出电压

由于输出电压未经过调节，会根据输出电阻在负载下发生变化。输出电阻主要受振荡器频率和电容值的影响，同时也会受到温度和电源电压的影响。在为敏感的模拟电路供电时，需要考虑电源抑制比。

浪涌电流和EMI

在启动时，泵电容需要充电，会产生浪涌电流。为了减少浪涌电流和EMI的影响，应使用低阻抗电源、添加电源旁路电容、缩短IC与泵电容之间的走线、使电容和IC的接地引脚尽可能靠近，并在电路板上留出额外的铜作为电源和接地平面。

效率、输出纹波和输出阻抗

功率效率受到转换器IC的内部损耗、泵电容的电阻损耗以及电容之间电荷转移的转换损耗的影响。可以通过使用低ESR的大电容、降低振荡器频率（同时增加电容值）来提高效率。

应用电路

负电压转换器

这是最常见的应用，只需要两个外部电容和一个可选的电源旁路电容。

正电压倍增器

通过使用肖特基二极管可以减少二极管的压降。对于真正的电压倍增或更高的输出电流，可以考虑使用MAX660。

电压分频器

可以将电源电压分成两半，还可以在V+和VOUT之间添加第三个电容。

正负电压组合转换

可以同时生成负电压和倍增的正电压，但输出阻抗会较高。

级联和并联

通过级联多个器件可以获得更大的负电源倍数，但输出阻抗会显著增加；并联多个器件可以降低输出电阻并增加电流能力。

关机方案

提供了三种添加关机功能的方法，但需要注意额外的电容负载会降低振荡器频率。

总结

MAX1044/ICL7660开关电容电压转换器以其丰富的特性和多样的应用电路，为电子工程师在电压转换设计中提供了灵活的选择。在设计过程中，需要根据具体的应用需求，合理使用引脚、调整振荡器频率、考虑输出电压和EMI等因素，以确保电路的性能和稳定性。你在使用这两款器件时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和想法。