探索MAX660：高性能CMOS单芯片电压转换器

在电子设计的领域中，电压转换是一项基础且关键的技术。今天，我们要深入探讨的是Maxim公司的MAX660——一款CMOS单芯片电压转换器，它在电压转换方面有着出色的表现。

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1. 产品概述

MAX660是一款单芯片电荷泵电压逆变器，能够将+1.5V至+5.5V的输入电压转换为相应的-1.5V至-5.5V输出电压。它只需两个低成本电容，就能提供100mA的输出电流，可替代开关稳压器，避免了电感带来的成本、尺寸和电磁干扰（EMI）问题。在大部分负载电流范围内，其效率超过90%，典型工作电流仅为120µA，非常适合电池供电和板级电压转换应用。此外，它还能将输入电源或电池的输出电压加倍，例如从+5V输入提供+9.35V、100mA的输出。

2. 产品特性

2.1 小电容设计

MAX660使用小电容即可实现高效电压转换，降低了成本和电路板空间。

2.2 低损耗与低电流

在100mA负载下，典型损耗仅为0.65V，典型工作电流为120µA，有助于降低功耗。

2.3 低输出阻抗

典型输出阻抗为6.5Ω，当C1 = C2 = 10µF时，保证输出阻抗ROUT < 15Ω，输出稳定性好。

2.4 引脚兼容与功能升级

它是ICL7660的引脚兼容、大电流升级版，可轻松替代ICL7660。

2.5 电压转换模式多样

能实现输入电源电压的反相或加倍，还可选择10kHz/80kHz的振荡器频率，在100mA负载下典型转换效率达88%。

3. 应用领域

MAX660的应用十分广泛，包括笔记本电脑、医疗仪器、接口电源、手持仪器和运算放大器电源等。这些领域对电压转换的效率、尺寸和稳定性都有较高要求，而MAX660正好能满足这些需求。

4. 引脚配置与功能

MAX660有8个引脚，不同引脚在反相和加倍模式下有不同的功能：

4.1 FC（频率控制）

用于选择内部振荡器的频率，FC开路时，典型频率为10kHz；FC连接到V+时，典型频率为80kHz（最小40kHz）。当OSC引脚由外部驱动时，FC无作用。

4.2 CAP+和CAP -

分别为电荷泵电容的正、负端子。

4.3 GND和V+

GND为电源地输入，V+为电源正电压输入。在不同模式下，引脚功能会有所变化。

4.4 OUT

在反相模式下为负电压输出，在加倍模式下为电源地输入。

4.5 LV（低电压操作输入）

在输入电压小于3V的反相模式下，LV必须连接到GND；在输入电压大于3V的反相模式下，LV可连接到GND或开路；在加倍模式下，LV必须连接到OUT。

4.6 OSC（振荡器控制输入）

连接到内部15pF电容，可添加外部电容减慢振荡器速度，也可连接外部振荡器驱动。在电压加倍模式下，不要过度驱动OSC。

5. 详细工作原理与使用注意事项

5.1 电压转换模式

MAX660的电容式电荷泵电路可实现输入电压的反相或加倍。为获得最佳性能，应使用低等效串联电阻（ESR）的电容。

5.2 低电压应用

在反相模式下，当电源电压小于3V时，LV必须连接到GND，以绕过内部稳压器电路，提高低电压应用的性能。

5.3 振荡器频率控制

通过FC和OSC引脚可控制振荡器频率，有四种控制模式：

• FC和OSC开路时，振荡器典型频率为10kHz。
• FC连接到V+，OSC开路时，频率提高到80kHz。
• 连接外部电容到OSC和GND，可降低振荡器频率，FC仍可将频率提高8倍。
• 连接外部时钟到OSC，振荡器频率为外部时钟频率。在反相模式下，OSC可由外部时钟源驱动，但此时FC无作用，且LV必须接地。

6. 电容选择

电容的选择对MAX660的性能至关重要。影响输出电压降的因素包括MAX660输出电阻、泵电容（C1）和储能电容（C2）的ESR以及C1和C2的电容值。一般来说，随着泵频率的增加，所需的电容值会相应减小。为降低输出纹波，可增加C2的电容值或降低其ESR。同时，建议选择低ESR的电容，文中还提供了一些低ESR电解电容制造商的信息。

7. 电路组合应用

7.1 级联设备

将多个MAX660级联可产生更大的负电压倍数，输出电阻近似等于各个MAX660输出电阻之和，输出电压为Vout = -n(VIN)，其中n为级联设备的数量。

7.2 并联设备

并联多个MAX660可降低输出电阻，每个设备需要自己的泵电容C1，而储能电容C2为所有设备共用，C2的值应增加n倍，n为设备数量。

7.3 正负电压组合转换

通过特定的电路配置，可实现正电压倍增和负电压转换的双重功能，但这种配置会导致生成电源的源阻抗增加。

8. 总结

MAX660是一款功能强大、性能出色的电压转换器，它在电压转换效率、尺寸、成本和灵活性方面都有很好的表现。电子工程师在进行电压转换设计时，可根据具体的应用需求，合理选择MAX660的工作模式、振荡器频率和外部电容，以实现最佳的设计效果。你在使用电压转换器时，有没有遇到过什么特别的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。