探索MAX870/MAX871开关电容电压逆变器：特性、应用与设计要点

引言

在电子设计领域，电压转换是一个关键环节，特别是在电池供电和板级电压转换应用中。MAXIM的MAX870/MAX871开关电容电压逆变器以其卓越的性能和小巧的封装，成为了众多工程师的首选。今天，我们就来深入了解一下这两款器件。

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一、器件概述

MAX870/MAX871是超小型的CMOS电荷泵逆变器，输入电压范围为+1.4V至+5.5V。其中，MAX870工作频率为125kHz，MAX871工作频率为500kHz。它们具有高达90%的效率和低至0.7mA（MAX870）的工作电流，非常适合电池供电和板级电压转换应用。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压降的情况下提供25mA的输出电流。

主要特性

1. 高效转换：电压转换效率高达99%，能有效减少能量损耗。
2. 低静态电流：MAX870的静态电流仅为0.7mA，有助于延长电池续航时间。
3. 宽输入电压范围：+1.4V至+5.5V的输入电压范围，适用于多种电源场景。
4. 简单电路：仅需两个电容即可完成电压转换，简化了设计。
5. 高输出电流：能够提供25mA的输出电流，满足大多数应用需求。

二、电气特性分析

1. 电源电流

在不同的工作条件下，MAX870和MAX871的电源电流有所不同。在TA = +25°C时，MAX870的典型电源电流为0.7mA，而MAX871的典型值也在合理范围内。不过，在启动期间，它们可能会吸取较高的电源电流，为保证正常启动，输入电源必须能够提供比最大负载电流多90mA的电流。

2. 振荡器频率

MAX870的振荡器频率典型值为125kHz，MAX871为500kHz。在不同的温度和负载条件下，频率会有一定的波动，但仍能保持在合理的范围内。

3. 功率效率和电压转换效率

这两款器件的功率效率和电压转换效率都非常高。在典型条件下，MAX870的功率效率可达90%，电压转换效率高达99.3%；MAX871的表现也相当出色。效率会受到输出电流、输入电压等因素的影响，在实际应用中需要根据具体情况进行优化。

4. 输出电阻

输出电阻是衡量器件性能的重要指标之一。它与电容的选择密切相关，电容的等效串联电阻（ESR）和电容值会影响输出电阻的大小。一般来说，增大电容值可以降低输出电阻，但当电容值增大到一定程度后，输出电阻主要由内部开关电阻和电容ESR决定。

三、典型应用场景

1. 本地-5V电源

从5V逻辑电源生成-5V电源，为模拟电路供电，这是MAX870/MAX871最常见的应用之一。

2. 小型LCD面板

为小型LCD面板提供合适的电压，确保其正常显示。

3. 手机和医疗仪器

在这些对功耗和尺寸要求较高的设备中，MAX870/MAX871的低功耗和小封装优势得到了充分发挥。

4. 手持终端和PDA

为这些电池供电设备提供稳定的电压转换，延长电池续航时间。

四、电容选择与设计要点

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，但当电容值超过一定范围后，对输出电阻的影响变得不明显。因此，需要根据具体应用选择合适的电容值。
• 输出电容（C2）：增大输出电容的尺寸可以降低输出纹波电压，减小电容的ESR可以同时降低输出电阻和纹波。对于轻负载应用，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，减少MAX870/MAX871开关噪声的影响。根据电路配置和负载连接方式的不同，选择合适的旁路电容。

2. 电路设计

• 级联应用：两个器件可以级联以产生更大的负电压，但需要注意输出电阻会随着级联数量的增加而显著上升。在级联应用中，要确保第n级电路的最大负载电流和启动电流不超过第(n - 1)级电路的最大输出电流能力。
• 并联应用：并联多个MAX870或MAX871可以降低输出电阻。每个器件需要有自己的泵电容（C1），而储能电容（C2）可以为所有器件共用。
• 组合倍压/反相器：在特定电路中，可以同时实现电压反相和倍压功能，但要注意两个输出的电流总和不能超过40mA。
• 重负载应用：在重负载情况下，为防止OUT端电压被拉高，需要在GND和OUT之间连接一个肖特基二极管。

3. 布局和接地

良好的布局对于降低噪声至关重要。要将所有组件尽可能靠近安装，缩短走线长度，以减少寄生电感和电容，并使用接地平面。

五、总结

MAX870/MAX871开关电容电压逆变器以其高效、低功耗、小封装等优点，在电子设计领域具有广泛的应用前景。通过合理选择电容、优化电路设计和布局，可以充分发挥其性能优势。在实际应用中，工程师们需要根据具体需求，综合考虑各种因素，以实现最佳的设计效果。你在使用MAX870/MAX871过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。