输出稳压的电荷泵反转器MAX889

发布时间:2010-6-25 16:58    发布者:techieboy
关键词: MAX889 , 电荷泵
MAX889是一种输出稳压的电荷泵反转器电路,输入电压2.7~5.5V,输出电压可设定为-2.5V~VIN,输出电流可达200mA。开关频率有0.5MHz、1MHz及2MHz三种,分别用T、S、R后缀表示;泵电容仅需1μF(MAX889T);有关闭控制,在关闭状态时耗电典型值为0.1μA;有过流限制、软启动、过热保护及短路保护;工作温度范围-40℃~+85℃;8脚SO封装。MAX889适用于TFT液晶显示屏、硬盘驱动器、数码相机、测量仪器及电池供电的电子产品。
两种输出模式

MAX889有两种输出模式:稳压输出(输出电压可外接R1、R2分压器来设定);不稳压输出(输出电压接近-VIN)。

稳压输出模式

MAX889是通过控制泵电容的充电率的变化来调节输出电压。具体做法是改变在泵电容充电时的模拟开关的导通电阻,即改变时间常数。当在模拟开关的栅极电压高时,导通电阻小;当栅极电压低时则导通电阻大。例如,当输出电压有下降趋势时,增加栅极驱动电压使泵电容CFLY充电充得更高一些,使输出保持基本不变。由于器件的开关工作是连续的,其输出纹波电压较小。

要求输出的电压VOUT与R1、R2有关。

  VOUT=-VREF(R2/R1)

此处VREF可以是VIN(分压器电阻接VIN与VOUT之间)或另外的正基准电压VREF(VREF可外接,分压器电阻接在VREF与OUT之间)。

一般流过分压器的电流最少为30μA较为合适,可以根据VIN的大小来大致估算一下R1+R2值或按下式来确定:

  R1≤VREF/30μA

不稳压输出模式

MAX889也可用作不稳输出。此时将FB连接到IN处即可。在不稳压输出时,其内阻R0的典型值为2Ω,基输出电压VOUT为:

  VOUT=-(VIN-IOUT·R0 )

在不稳压输出模式时,可以不外接两分压器电阻,可减小占印刷板的面积,适用于对负压变化不敏感的电路。

典型应用电路

采用VIN为基准电压的电路如图1所示,采用单独VREF的应用电路如图2所示。

输入+2.7~+5.5V,输出稳压的负电压2.5~-VIN,输出电流可达200mA。

  VOUT=-VIN(R2/R1)

式中R1可按下式选取

  R1≤VIN/30μA

或R1取100kΩ或更小一些的值。

若需要获得更高的输出精度,可采用单独的基准电压VREF,如图2所示。则VOUT为:

  VOUT=-VREF(R2/R1)
  R1、R2的取值与上相同。

电容的选取

图1及图2中的输入电容CIN、输出电容COUT及泵电容CFLY的值与所选的振荡器频率有关,如表1所示。

表1
型号工作频率CFLYCOUTCI稳压CIN不稳压
MAX889R0.5MHZ4.7μF22μF22μF4.7μF
MAX889S1MHZ2.2μF10μF10μF2.2μF
MAX889T2MHZ1μF4.7μF4.7μF
1μF

CIN、COUT及CFLY电容器应优先选用小尺寸、低价位、低ESR的贴片式多层陶瓷电容器,为保证在工作温度范围内性能的稳定,应选用低温度系数的X7R介质材料。

电容器的等效串联电阻(ESR)不仅影响不稳压电压反转器的输出电阻R0,同时也影响输出纹波电压。例如,不稳压电压反转器的输出电阻R0为
  R0≈[1/(fosc×CFLY)]+2RSW-4ESRCFLY+ESRCOUT

式中fosc为振荡器工作频率,CFLY为泵电容,RSW为开关的导通电阻(5V电压时的典型值为0.8Ω),ESRCFLY为泵电容CFLY的等效串联电阻,ESRCOUT为输出电容COUT的等效串联电阻。

由上式所知,若采用1μF~10μF多层陶瓷电容,在1MΩ到10MHz工作频率范围,其ESR典型值为0.02Ω,则上式中ESR项仅占0.02×5=0.1Ω。

COUT的ESR对输出纹波电压的影响如下式

  VRIPPLE=(IOUT/2 fosc Cout)+2IOUT ESRCOUT

式中IOUT为输出电流。由公式可知,输出电容容量越大,ESR越小,则输出纹波电压越小。

转换效率

MAX889的转换效率如图3、图4所示。工作电流在50mA以下效率较低,工作电流在50mA以上效率较高;不同输入电压及不同输出电压的效率有一些差别,一般65%~75%之间。

   

三种型号的选择

工作频率高,则用的电容容量小,但消耗的电流也随频率的提高而增加,如表2所示。

表2 静态电流IQ
模式
条件
型号
典型
最大
单位
输出不稳压
无负荷输出,
VFB=VIN
MAX889R
6
12
mA
MAX778S
12
24
MAX889T
24
48
输出稳压
无负荷输出,
VOUT 调整到-3.3V
MAX889R
3.3
7
mA
MAX889S
5.5
12
MAX889T
11
22

从表2可以看出,其静态电流是较大的,这是其最大的缺点。所以MAX889比较适用于需要时暂短的工作(平时由μP或μC控制在SHDN模式),并且适用于输大的输出电流场合,才有较高的效率。

若不要求尺寸的限制,采用0.5MHz的MAX889R较为省电。
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