MAX1673：高效电荷泵DC - DC逆变器的设计与应用

在电子设备的电源设计中，常常需要将正电压转换为负电压，以满足特定电路的需求。MAX1673作为一款调节型、125mA输出的电荷泵DC - DC逆变器，为我们提供了一种低成本、紧凑的解决方案。下面，我们就来深入了解一下这款产品。

文件下载：MAX1673.pdf

一、产品概述

MAX1673能够从2V至5.5V的正输入电压产生调节后的负输出电压，最大输出电流可达125mA。它仅需三个小电容和两个电阻即可实现完整的调节电路，非常适合对空间要求较高的紧凑型应用。该器件有Skip和Linear（LIN）两种调节模式，能根据不同的应用场景优化输出性能。

二、产品特点

（一）输出性能

• 调节负输出电压：可提供高达 -1 x VIN的调节负输出电压，满足多种电路对负电压的需求。
• 大输出电流：最大输出电流可达125mA，能为负载提供充足的功率。

（二）低功耗设计

• 低静态电流：在Skip模式调节下，静态电流仅为35µA，有效降低了功耗。
• 逻辑控制关机模式：具备1µA的逻辑控制关机模式，进一步节省电能。

（三）工作模式优势

• Skip模式：通过按需切换频率来调节输出，在轻载时开关速度变慢，使用小电容和低静态电流，能有效降低功耗。
• LIN模式：以恒定的350kHz开关频率工作，输出纹波频率恒定，便于过滤，适用于对噪声要求较低的应用。

三、应用领域

MAX1673的应用范围广泛，包括但不限于以下领域：

• 硬盘驱动器：为硬盘中的某些电路提供稳定的负电压。
• 测量仪器：确保测量电路的稳定性和准确性。
• 摄像机和数码相机：满足相机内部电路对负电压的需求。
• 调制解调器：为调制解调电路提供合适的电源。
• 模拟信号处理应用：保证信号处理过程中的电源稳定性。

四、引脚配置与功能

MAX1673采用标准的8引脚SO封装，各引脚功能如下：	引脚	名称	功能
1	LIN/SKIP	调节模式选择输入，高电平或连接到IN选择LIN模式，低电平或连接到GND选择Skip模式。
2	CAP+	飞跨电容的正端。
3	CAP-	飞跨电容的负端。
4	SHDN	关机控制输入，低电平使器件进入关机模式。
5	OUT	反相电荷泵输出。
6	FB	反馈输入，连接到电阻分压器以实现调节输出电压。
7	GND	接地。
8	IN	电源正电压输入。

五、电气特性

（一）输入输出参数

• 输入电压范围：Skip模式下为2.0V至5.5V，LIN模式下为2.7V至5.5V。
• 最小输出电压：Skip模式下为0V，LIN模式下为 -1.5V。
• 最大输出电流：可达125mA。

（二）其他特性

• 静态电流：LIN模式下典型值为8mA，Skip模式下为35µA。
• 关机电流：最大为1µA。
• 线路调节和负载调节：在不同模式下有不同的调节精度。

六、工作模式详解

（一）线性模式（LIN模式）

在LIN模式下，电荷泵以恒定的350kHz频率连续运行。通过改变开关S1的栅极驱动来控制飞跨电容CFLY的充电，从而调节输出电压。这种模式下输出纹波小，噪声频率成分明确，但由于工作电流较高（典型值8mA），效率相对Skip模式较低。

（二）Skip模式

Skip模式下，器件仅在需要时切换，以维持反馈引脚FB的调节。当FB电压高于GND时，跳过开关周期。该模式输出噪声较高，但能最小化工作电流。

（三）关机模式

当SHDN引脚为低电平时，MAX1673进入低功耗关机模式，电荷泵停止切换，内部1Ω开关将VOUT拉至地。

七、元件选择

（一）电阻选择

通过外部电阻R1和R2可以调节输出电压，计算公式为 (V{OUT}=-V{REF} frac{R2}{R1}) 。通常选择50µA的分压器电流，以减小FB输入电流的影响，即 (R1 = V{REF} / 50 mu A) ， (R2 = -V{OUT} / 50 mu A) 。

（二）电容选择

• 飞跨电容CFLY：建议使用1µF或更大的值，Maxim推荐2.2µF，以满足负载电流要求。表面贴装陶瓷电容是首选，因其尺寸小、成本低且等效串联电阻（ESR）低。
• 输出电容COUT：一般应至少为飞跨电容的十倍。在Skip模式下，输出纹波主要取决于CFLY和COUT的电容值以及COUT的ESR。在LIN模式下，可使用特定公式近似计算输出电压纹波。

八、布局考虑

由于MAX1673的振荡器频率较高，良好的布局技术至关重要。应采取以下措施：

• 尽量将所有元件紧密安装在一起，将反馈电阻R1和R2靠近FB引脚放置，缩短FB电路节点的PCB走线长度。
• 保持走线短，以减小寄生电感和电容。
• 使用接地平面，确保稳定性和重负载下的输出电压。

在实际设计中，你是否遇到过类似电荷泵电源设计的挑战呢？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。

总之，MAX1673以其丰富的功能和良好的性能，为电子工程师在负电压转换设计中提供了一个可靠的选择。通过合理选择元件和优化布局，我们可以充分发挥其优势，满足各种应用的需求。