MAX1697：60mA SOT23 帶關(guān)斷功能的反相電荷泵

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電荷泵是一種常用的電壓轉(zhuǎn)換器件，能夠?qū)崿F(xiàn)電壓的升高、降低或反相。今天，我們就來詳細(xì)探討一下 Maxim 公司的 MAX1697 60mA SOT23 帶關(guān)斷功能的反相電荷泵。

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一、概述

MAX1697 是一款超小型、單片式 CMOS 電荷泵電壓反相器，輸入電壓范圍為 +1.25V 至 +5.5V。它具有超低的 12Ω 輸出電阻，能夠在最大效率下提供高達(dá) 60mA 的負(fù)載電流。該器件提供 12kHz、35kHz、125kHz 或 250kHz 四種不同的工作頻率，可根據(jù)需要優(yōu)化電源電流或外部元件尺寸。其小巧的外部元件和微功耗關(guān)斷模式，使其非常適合電池供電和板級電壓轉(zhuǎn)換應(yīng)用。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

1. 負(fù)電源生成：可從 +5V 或 +3.3V 邏輯電源生成負(fù)電源，為模擬電路供電。
2. 小型 LCD 面板：為 LCD 面板提供合適的電壓。
3. GaAsFET 偏置電源：滿足 GaAsFET 的偏置需求。
4. 手持終端和 PDA：適用于電池供電的手持設(shè)備。
5. 電池供電設(shè)備：在各種電池供電的設(shè)備中發(fā)揮作用。

三、特性亮點(diǎn)

1. 高輸出電流：能夠提供 60mA 的輸出電流，滿足大多數(shù)應(yīng)用的需求。
2. 低輸出電阻：僅 12Ω 的輸出電阻，可有效減少功率損耗。
3. 低電源電流：例如 MAX1697R 的電源電流僅 150μA。
4. 元件簡單：僅需兩個(gè) 1μF 電容（MAX1697U）。
5. 啟動(dòng)電流限制：防止啟動(dòng)時(shí)對電源造成過大沖擊。
6. 寬輸入電壓范圍：+1.25V 至 +5.5V 的輸入電壓范圍，增強(qiáng)了其適用性。
7. 壓擺率限制：降低電磁干擾（EMI）。

四、訂購信息

此外，在訂購時(shí)還需注意封裝材料的選擇，不同后綴代表不同的封裝特性。

五、電氣特性

1. 電源電壓范圍

不同型號(hào)的 MAX1697 在不同溫度下的電源電壓范圍有所不同，但一般在 1.5V 至 5.5V 之間。

2. 靜態(tài)電源電流

不同型號(hào)的靜態(tài)電源電流差異較大，例如 MAX1697R 為 150 - 300μA，而 MAX1697U 可達(dá) 1800 - 3400μA。

3. 振蕩器頻率

不同型號(hào)對應(yīng)不同的振蕩器頻率，如 MAX1697R 為 12kHz，MAX1697U 為 250kHz。

4. 電壓轉(zhuǎn)換效率

在 IOUT = 0，TA = +25°C 時(shí)，電壓轉(zhuǎn)換效率可達(dá) 99 - 99.9%。

5. 輸出電阻

典型輸出電阻為 12Ω，在 IOUT = 60mA，TA = 0°C 至 +85°C 時(shí)，最大可達(dá) 33Ω。

6. 關(guān)斷電阻

SHDN = GND 時(shí)，OUT 到 GND 的關(guān)斷電阻為 3 - 8Ω。

六、典型工作特性

文檔中給出了大量的典型工作特性曲線，包括輸出電壓與輸出電流的關(guān)系、效率與輸出電流的關(guān)系、輸出阻抗與輸入電壓的關(guān)系等。這些曲線可以幫助工程師更好地了解 MAX1697 在不同工作條件下的性能表現(xiàn)，從而進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。

七、引腳說明

八、詳細(xì)工作原理

MAX1697 電容式電荷泵通過開關(guān)電容的方式實(shí)現(xiàn)電壓反相。在第一個(gè)半周期，開關(guān) S2 和 S4 打開，S1 和 S3 閉合，電容 C1 充電至 IN 端的電壓；在第二個(gè)半周期，S1 和 S3 打開，S2 和 S4 閉合，C1 的電壓向下平移 VIN 伏，與儲(chǔ)能電容 C2 并聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)電壓反相。

九、效率考慮

MAX1697 的效率在低輸出電流時(shí)主要受靜態(tài)電源電流（IQ）影響，在高輸出電流時(shí)主要受輸出阻抗（ROUT）影響，其效率公式為： (eta cong frac{I{OUT }}{I{OUT }+I{Q}}left(1-frac{I{OUT } × R{OUT }}{V{IN }}right)) 輸出阻抗大致可表示為： (R{OUT } cong frac{1}{left(f{OSC }right) × C 1}+2 R{S W}+4 ESR{C 1}+ESR_{C 2})

十、保護(hù)功能

1. 電流限制

MAX1697 在啟動(dòng)時(shí)將輸入電流限制在 170mA（典型值），防止低電流或高輸出阻抗的輸入電源過載。

2. 關(guān)斷功能

通過將 SHDN 引腳拉低，可使器件進(jìn)入低功耗關(guān)斷模式，此時(shí)電荷泵停止切換，電源電流降至 2nA，OUT 端通過 3Ω 電阻主動(dòng)接地。

3. 熱關(guān)斷

當(dāng)芯片溫度超過 +150°C 時(shí)，內(nèi)部時(shí)鐘停止，器件停止工作；當(dāng)溫度下降 15°C 時(shí)，器件恢復(fù)工作，防止在溫度觸發(fā)點(diǎn)附近快速振蕩。

十一、應(yīng)用信息

1. 電容選擇

• 飛跨電容（C1）：增加 C1 的值可降低輸出電阻，但超過一定值后，內(nèi)部開關(guān)電阻和電容 ESR 將成為主導(dǎo)因素。
• 輸出電容（C2）：增加 C2 的值可降低輸出紋波電壓，降低其 ESR 可同時(shí)降低輸出電阻和紋波。
• 輸入旁路電容（C3）：必要時(shí)可旁路輸入電源，降低其交流阻抗和開關(guān)噪聲影響，建議使用與 C1 相同值的電容。

  2. 電壓反相器應(yīng)用

  這是 MAX1697 最常見的應(yīng)用，只需兩個(gè)外部電容 C1 和 C2，必要時(shí)再加一個(gè)旁路電容。

  3. 級聯(lián)應(yīng)用

  兩個(gè) MAX1697 可級聯(lián)以產(chǎn)生更大的負(fù)電壓，但級聯(lián)多個(gè)器件時(shí)輸出電阻會(huì)顯著增加。

  4. 并聯(lián)應(yīng)用

  并聯(lián)多個(gè) MAX1697 可降低輸出電阻，每個(gè)器件需要自己的泵電容（C1），而儲(chǔ)能電容（C2）可共用。

  5. 組合倍壓/反相器應(yīng)用

  在特定電路中，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)電壓反相和倍壓功能，但需注意兩個(gè)輸出的總電流不超過 60mA。

  6. 重負(fù)載連接到正電源應(yīng)用

  在重負(fù)載情況下，當(dāng)有較高電源向 OUT 端提供電流時(shí)，需在 GND 和 OUT 之間連接一個(gè)肖特基二極管，防止 OUT 端電壓高于地。

十二、布局和接地

良好的布局對于降低噪聲至關(guān)重要。應(yīng)將所有元件盡可能靠近安裝，縮短走線以減少寄生電感和電容，并使用接地平面。

十三、總結(jié)

MAX1697 是一款功能強(qiáng)大、性能優(yōu)良的反相電荷泵，具有多種特性和保護(hù)功能，適用于多種應(yīng)用場景。在設(shè)計(jì)過程中，工程師需要根據(jù)具體需求選擇合適的型號(hào)和工作頻率，并合理選擇電容等外部元件，同時(shí)注意布局和接地，以確保電路的性能和穩(wěn)定性。你在使用 MAX1697 或其他電荷泵時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。