MAX828/MAX829 开关电容电压逆变器：特性、应用与设计要点

一、引言

在电子设计中，电压转换是一个常见且关键的环节。特别是在电池供电和板级电压转换应用中，高效、小型化的电压逆变器显得尤为重要。MAXIM公司的MAX828/MAX829开关电容电压逆变器就是这样一款优秀的产品，下面我们来详细了解一下它的特点、应用以及设计过程中的注意事项。

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二、产品概述

2.1 基本特性

MAX828/MAX829是超小型的CMOS电荷泵逆变器，输入电压范围为+1.5V至+5.5V。其中，MAX828工作频率为12kHz，MAX829工作频率为35kHz。它们具有高效率（在大部分负载电流范围内大于90%）和低工作电流（MAX828为60µA）的特点，非常适合电池供电和板级电压转换应用。

2.2 内部结构

芯片内部集成了振荡器控制电路和四个功率MOSFET开关，采用5引脚SOT23 - 5封装，能够在500mV的压降情况下提供25mA的输出电流。

三、应用领域

• 小型LCD面板：为LCD面板提供所需的负电压，保证其正常显示。
• 手机：满足手机内部不同电路模块对负电压的需求。
• 医疗仪器：在一些对电源稳定性要求较高的医疗设备中发挥作用。
• 手持终端和PDA：为这些便携设备的电子电路提供合适的电压。
• 电池供电设备：高效的电压转换可以延长电池的使用时间。

四、产品特性

4.1 封装与效率

• 采用5引脚SOT23 - 5封装，体积小巧，便于在电路板上布局。
• 具有高达95%的电压转换效率，能够有效减少能量损耗。

4.2 电气特性

• 输入电压范围：+1.5V至+5.5V，适应多种电源环境。
• 静态电流：MAX828的静态电流为60µA，功耗较低。
• 输出电流：能够提供25mA的输出电流，满足一般应用需求。
• 振荡器频率：MAX828为12kHz，MAX829为35kHz。

4.3 绝对最大额定值

• 输入到地电压：+6.0V至 - 0.3V
• 输出到地电压： - 6.0V至+0.3V
• 输出电流：最大50mA
• 短路保护：输出短路到地可无限期工作

五、典型工作电路与引脚说明

5.1 典型工作电路

典型工作电路只需要两个外部电容C1和C2，以及一个旁路电容（如有必要）。通过电容的充放电过程实现电压的反转。

5.2 引脚说明

PIN	NAME	FUNCTION
1	OUT	反相电荷泵输出
2	IN	正电源输入
3	C1 -	飞跨电容的负端
4	GND	接地
5	C1 +	飞跨电容的正端

六、设计要点

6.1 电容选择

• 飞跨电容（C1）：增大飞跨电容的尺寸可以降低输出电阻，但超过一定值后，效果不明显，因为输出电阻会受到内部开关电阻和电容ESR的限制。
• 输出电容（C2）：增大输出电容的尺寸可以降低输出纹波电压，减小其ESR可以同时降低输出电阻和纹波。对于轻负载，如果能够容忍较高的输出纹波，可以使用较小的电容值。
• 输入旁路电容：旁路输入电源可以降低其交流阻抗和开关噪声的影响。根据电路配置和负载连接位置选择合适的旁路电容。

6.2 效率考虑

效率与输出电流和输出阻抗有关。在低输出电流时，静态电流对效率影响较大；在高输出电流时，输出阻抗对效率影响较大。计算公式如下： (eta cong frac{I{OUT }}{I{OUT }+I{O}}left(1-frac{I{OUT } × R{OUT }}{V{IN }}right)) 其中，输出阻抗 (R{OUT } cong frac{1}{left(t{OSC }right) × C 1}+2 R{SW}+4 ESR{C 1}+ESR_{C 2})

6.3 级联与并联

• 级联：两个设备可以级联以产生更大的负电压，但级联多个设备会使输出电阻大幅增加。
• 并联：并联多个MAX828或MAX829可以降低输出电阻，每个设备需要自己的泵电容（C1），而储能电容（C2）可以共用。

6.4 重负载处理

在重负载情况下，需要在GND和OUT之间连接一个肖特基二极管（如1N5817），以防止OUT电源被拉到地以上。

6.5 布局与接地

良好的布局对于降低噪声至关重要。应尽量将所有组件安装在一起，缩短走线长度，以减少寄生电感和电容，并使用接地平面。

6.6 关机控制

如果需要逻辑控制关机功能，可以参考MAX1719/MAX1720/MAX1721。对于MAX828/MAX829，可以使用特定电路实现手动关机控制。

七、总结

MAX828/MAX829开关电容电压逆变器以其高效、小型化的特点，在多种电子应用中具有重要的价值。在设计过程中，合理选择电容、考虑效率和负载情况、优化布局和接地等方面都需要工程师仔细考虑。希望本文能够为电子工程师在使用MAX828/MAX829进行设计时提供一些有用的参考。你在实际设计中是否遇到过类似产品的应用难题呢？欢迎在评论区分享你的经验。