Baustein MAX871

Dreifacher Spannungsinverter aus einer Ladungspumpe

Ladungspumpen als integrierte Schaltungen werden häufig als Spannungsverdoppler oder als Inverter eingesetzt. Weitere Spannungsvielfacher sind jedoch selten als Standardapplikation zu finden. Die hier vorgestellte Schaltung macht sich die Spannungsvervielfachung über eine Diodenkaskade zu Nutze. So wird beispielsweise aus einem einfachen Inverter ein dreifacher Inverter.

Die Abbildung zeigt den Baustein MAX871 mit seiner üblichen Außenbeschaltung C1 und C2. Dabei dient C1 als sogenannter fliegender Kondensator: Er wird periodisch von der internen Beschaltung während der Ladephase auf den Wert der Versorgungsspannung aufgeladen und im zweiten Schritt verpolt an den Ausgang geschaltet. Das führt zur invertierten Spannung -Vin am Ausgang (Pin 1). Die zusätzliche Beschaltung bewirkt, dass sich die Spannung in jeder Stufe der Kaskade nochmals um rd. -Vin reduziert. Die Kondensatoren C3 bis C6 sorgen zusammen mit den Dioden D1 bis D4 insgesamt zu einer Verdreifachung.

Nun ein Blick zur Zusatzbeschaltung: Es wird davon ausgegangen, dass am Ausgang bereits -Vin anliegt. Die Außenbeschaltung aus C5, D1 und D2 arbeitet wie folgt: Während der Ladephase wird auch C5 geladen, da am Pin 5 +Vin anliegt. C5 ist über D1 an –Vin vom Ausgang verbunden und lädt sich folglich auf annähernd 2 x Vin auf. Im zweiten Schritt liegt Pin 5 wieder auf Massepotential, zwischen D1 und D2 ergibt sich annähernd das Potential –2 x Vin. Über Diode D2 wird C3 nun auf –2 x Vin abzüglich beider Diodenstrecken geladen. Die zweite Stufe (C6, D3, D4) verhält sich dementsprechend, so dass sich die Ausgangsspannung mit –3 x Vin + 4 x Vd errechnet. Als Vd ist der Spannungsabfall einer Schottky-Diode (typ. 0,3 bis 0,4 V) einzusetzen.

Der MAX871 arbeitet hier bei einer Versorgung Vin von 5 V, somit ergeben sich im unbelasteten Zustand annähernd –14 V am Ausgang. Bei Belastung sinkt die Ausgangsspannung – bei 5 mA Ausgangslast ließen sich noch –12 V messen. Aufgrund der hohen Schaltfrequenz von 500 kHz beim MAX871 reichen externe 470-nF-Kapazitäten und Schottky-Dioden BAT41 für die Beschaltung aus.

Autor: Martin Baumbach, Maxim.

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