MAX1852/MAX1853：超小封裝的反相電荷泵芯片

一、引言

在電子設(shè)備的電源設(shè)計中，常常需要將正電壓轉(zhuǎn)換為負(fù)電壓，以滿足特定電路的需求。MAXIM公司推出的MAX1852/MAX1853反相電荷泵芯片，以其超小的SC70封裝、低輸出電阻和高效能等特點，成為了電池供電和板級電壓轉(zhuǎn)換應(yīng)用的理想選擇。本文將詳細(xì)介紹這兩款芯片的特點、應(yīng)用和設(shè)計要點。

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二、芯片概述

2.1 基本特性

MAX1852/MAX1853是采用超小SC70封裝的單片CMOS電荷泵電壓反相器。它們具有低至15Ω的輸出電阻，能夠提供高達(dá)30mA的負(fù)載電流，且效率達(dá)到最大。兩款芯片分別具有50kHz（MAX1852）和200kHz（MAX1853）的工作頻率，可根據(jù)實際需求優(yōu)化電源電流或外部元件尺寸。此外，芯片還集成了振蕩器控制電路和四個功率MOSFET開關(guān)，僅需兩個0.68μF的電容，就能實現(xiàn)電壓反相功能。

2.2 主要特點

• 輸出電流大：能夠提供30mA的輸出電流，滿足大多數(shù)應(yīng)用的需求。
• 低輸出電阻：15Ω的低輸出電阻，可有效降低功耗，提高效率。
• 低電源電流：MAX1852的電源電流僅為68μA，在低功耗應(yīng)用中表現(xiàn)出色。
• 寬輸入電壓范圍：輸入電壓范圍為+2.5V至+5.5V，適用于多種電源系統(tǒng)。
• 邏輯控制關(guān)機：通過邏輯控制的關(guān)機功能，可將電源電流降低至0.1μA，延長電池使用壽命。
• 低電磁干擾：采用壓擺率限制技術(shù)，減少電磁干擾（EMI）。
• 超小封裝：6引腳的SC70封裝，尺寸比SOT23小40%，節(jié)省電路板空間。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

3.1 負(fù)電源生成

可從+5V或+3.3V的邏輯電源生成負(fù)電源，為模擬電路供電，如運算放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器等。

3.2 小型LCD面板

為小型LCD面板提供負(fù)偏置電壓，改善顯示效果。

3.3 GaAsFET偏置電源

為GaAsFET提供偏置電壓，確保其正常工作。

3.4 手持終端和PDA

適用于電池供電的手持終端和PDA，滿足其對低功耗和小尺寸的要求。

四、電氣特性

4.1 絕對最大額定值

芯片的絕對最大額定值規(guī)定了其能夠承受的最大電壓和功率，超過這些值可能會導(dǎo)致芯片永久性損壞。例如，IN到GND的電壓范圍為-0.3V至+6V，C1+、SHDN到GND的電壓范圍為-0.3V至（VIN + 0.3V）等。

4.2 電氣參數(shù)

在典型工作條件下（VIN = +5V，SHDN = IN，TA = -40°C至+85°C），芯片的各項電氣參數(shù)表現(xiàn)良好。例如，MAX1852的靜態(tài)電源電流在TA = +25°C時為75μA，在TA = -40°C至+85°C時為150μA；MAX1853的靜態(tài)電源電流在TA = +25°C時為165μA，在TA = -40°C至+85°C時為350μA。

五、典型工作電路

典型工作電路僅需兩個0.68μF的電容，即可實現(xiàn)電壓反相功能。輸入電壓范圍為2.5V至5.5V，輸出電壓為-1 × VIN，最大輸出電流為30mA。電路中，C1為飛跨電容，C2為輸出電容，SHDN引腳用于控制芯片的關(guān)機和啟動。

六、設(shè)計要點

6.1 電容選擇

• 飛跨電容（C1）：增加飛跨電容的值可以降低輸出電阻，但當(dāng)電容值超過一定范圍后，輸出電阻將主要受內(nèi)部開關(guān)電阻和電容等效串聯(lián)電阻（ESR）的影響。因此，應(yīng)根據(jù)實際需求選擇合適的電容值。
• 輸出電容（C2）：增加輸出電容的值可以降低輸出紋波電壓，減小ESR可以同時降低輸出電阻和紋波。對于輕負(fù)載應(yīng)用，如果能夠容忍較高的輸出紋波，可以使用較小的電容值。
• 輸入旁路電容（C3）：為了降低輸入電源的交流阻抗和開關(guān)噪聲的影響，建議使用與C1值相等的旁路電容。

6.2 效率考慮

芯片的效率主要受靜態(tài)電源電流（IQ）和輸出阻抗（ROUT）的影響。在低輸出電流時，效率主要由IQ決定；在高輸出電流時，效率主要由ROUT決定。輸出阻抗可以通過以下公式近似計算： [R{OUT } cong frac{1}{left(f{OSC }right) × C 1}+2 R{S W}+4 ESR{C 1}+ESR{C 2}] 效率可以通過以下公式計算： [eta cong frac{I{OUT }}{I{OUT }+I{Q}}left(1-frac{I{OUT } × R{OUT }}{V_{IN }}right)]

6.3 關(guān)機功能

MAX1852/MAX1853具有邏輯控制的關(guān)機輸入，將SHDN引腳拉低可使芯片進(jìn)入低功耗關(guān)機模式，此時電荷泵停止切換，電源電流降低至2nA。將SHDN引腳拉高可重新啟動電荷泵，達(dá)到輸入電壓的90%所需的時間取決于開關(guān)頻率和電容值。

6.4 級聯(lián)和并聯(lián)應(yīng)用

• 級聯(lián)：兩個芯片可以級聯(lián)使用，以產(chǎn)生更大的負(fù)電壓。但級聯(lián)多個芯片時，輸出電阻會顯著增加。
• 并聯(lián)：多個芯片并聯(lián)使用可以降低輸出電阻。每個芯片需要獨立的泵電容（C1），但可以共享一個儲能電容（C2），C2的值應(yīng)根據(jù)并聯(lián)芯片的數(shù)量進(jìn)行相應(yīng)增加。

6.5 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，縮短走線長度，以減少寄生電感和電容，并使用接地平面。

七、總結(jié)

MAX1852/MAX1853反相電荷泵芯片以其超小的封裝、低輸出電阻、高效能和多種應(yīng)用特性，為電子工程師提供了一種優(yōu)秀的電壓反相解決方案。在設(shè)計過程中，合理選擇電容、考慮效率和布局等因素，可以充分發(fā)揮芯片的性能，滿足各種應(yīng)用需求。你在實際應(yīng)用中是否遇到過類似芯片的使用問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。