许多应用需要电源提供负电压，如LCD显示器、栅极驱动器、嵌入式应用、运算放大器电路等。本应用笔记解释了如何使用MAX17291升压转换器IC从正输入电压产生负输出电压。

MAX17291是一款低静态电流升压(升压)DC-DC转换器，具有1A峰值电感限流和真关断 。真关断断开输出与输入，没有正向或反向电流。输出电压由外部电阻分压器设置。MAX17291 IC可以在1.8V到5.5V的输入电源范围内工作，输出最高可达20V。

特性

• 来自输入的28µA静态电源电流

• 输出短路保护

• 超温保护

• 恒频CCM

• 真关机模式

• 91%峰值效率

• 1.8V至5.5V输入范围

• 输出电压范围为5.5V至20V

• 1A峰值电感限流

• 多个包选项

• 1.27mm x 0.87mm, 6凸点(3 x 2)， 0.4mm间距WLP

• 2mm × 2mm, 8针TDFN

• -40℃~ +125℃工作温度范围

表演

应用电路

MAX17291升压变换器IC的工作原理

使用MAX17291 IC实现1.8V至5.5V输入和12V输出的升压转换电路如图2所示。MAX17291升压变换器有两种工作模式，轻负载效率和脉宽调制(PWM)。在轻载模式下，它在脉冲频率调制(PFM)中工作，以提高轻载时的效率。在这种模式下，导通时间由500mA的峰值电感电流限制决定。一旦电感电流达到其极限，导通时间终止，功率二极管正向偏置。在PWM模式下，变换器在连续传导模式(CCM)下的负载电流水平上使用准恒定的1.0MHz开关频率脉宽调制(PWM)。根据输入电压与输出电压之比，电路预测所需的关断时间。在CCM模式下，升压变换器的负载由下式给出。

使用通用升压转换器的负电压

使用通用升压转换器产生负电压的电路如图3所示。如图所示，从升压变换器的开关节点使用电荷泵电路来产生所需的负电压。

负电压电路的操作

对于上述电路，从升压变换器的输出中获取反馈以保持负输出电压恒定。在稳态状态下，当开关Q1为OFF时，电感电压反转，通过Q1场效应管的电压等于输入电压和电感电压。Q1开关上的电压由下式确定。

V(q1) = V(in) + V(l) = V(out) + V(d1)

电流开始从电感通过二极管D1流向COUT1，从电感通过R-CHG和二极管D2流向C-CHG。电容器COUT1和C_CHG在此期间被充电。C-CHG上的电压由下式给出。

V(out) + V(d1) = V(r-chg) + V(c-chg)
V(c-chg) = V(out) + V(d1) - V(rchg) - V(d2)

Q1 OFF状态时的电流流如图4所示。

在Q1 OFF时间结束时，当Q1变为ON时，Q1的漏极几乎被拉到地。二极管D2变为反向偏置，二极管D3变为正向偏置。一旦二极管D3变成正向偏置，电流开始从COUT2电容器流过R-CHG和二极管D3。这似乎导致电容COUT2相对于地的负电压。

COUT2上的电压由下式给出。

- v (cchg) + v (rchg) = v (cout2) - v (d3)
V(cout2) = -v (cchg) + V(rchg) + V(d3)

Q1 ON状态下的电流流如图5所示。

连接R-CHG电阻以限制通过MOSFET Q1和二极管D2和D3的峰值电流。在1?2.2吗?为R-CHG电阻值。如果R-CHG电阻值过高，则在高负载时R-CHG上的电压升高，从而降低C-CHG上的电压;COUT2。如果R-CHG电阻值过低，则负电压在较低负载条件下增加，因为没有感应到负电压来控制。

利用MAX17291升压转换器IC产生负电压

设计规范

• 输入:2.5V ~ 5.5V

• 输出电压:-11V

使用MAX17291集成电路的好处

• 更小的解决方案尺寸与内部升压MOSFET和二极管(1.27mm x 0.87mm WLP封装)

• 可实现宽范围的负输出电压

• 能在1.8V的低输入电压下工作吗

MAX17291升压转换器IC具有内部升压MOSFET，二极管和控制电路。在MAX17291 IC的LX交换节点上连接电荷泵电路，产生负电压。使用MAX17291集成电路的负电压原理图如图6所示。

以下是使用运放电路的负载调节和负电压瞬态性能的表示。

条件:V(IN) = 2.5V, V(OUT) = -11V, I(OUT) = 5mA ~ 30mA

负载暂态引起的电压变化约为62mV(0.56%)。输出电压在波形中偏移-10V。

波形:黄色= V(IN)，蓝色= V(OUT)，粉色= V(EN)，绿色= I(OUT)

条件:V(IN) = 2.5V, V(OUT) = -11V, I(OUT) = 30mA ~ 5mA

负载暂态引起的电压变化约为~72mV(0.65%)。输出电压在波形中偏移-10V。

波形:黄色= V(IN)，蓝色= V出，粉色= V(EN)，绿色= I(OUT)

如图7-15所示，与不使用运放的电路相比，使用运放的负电压电路具有非常严密的调节和良好的瞬态性能。

性能比较

综上所述，带运放的负电压方案具有良好的负载调节和效率性能。

主动放电功能的实现

在图11中，有源放电电路由电阻R13至R16、电容C11和P-MOS Q1组成。当使用EN引脚(EN = 0V)使能IC时，电阻R15和R16并联，Q1的电压Vgs大于阈值电压。因此，MOSFET Q1导通。主动放电特性将COUT2电容器积累的全部电荷拉出，并转储到电阻R13中。负电压立即降低到一个较小的值。当IC使能时，栅极和源端的电压小于阈值，MOSFET Q1关断。放电电阻的取值可根据COUT2电容所需的放电时间来选择。

主动放电的工作波形如下图所示。

结论

使用MAX17291集成电路，从正输入电压产生负输出电压，用户可以通过在负输出电压电路中增加运放电路和实现主动放电特性来改善负输出电压的负载调节和瞬态性能。