MAX864 雙輸出電荷泵：設(shè)計(jì)與應(yīng)用全解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理模塊的性能直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。今天要給大家介紹的 MAX864 雙輸出電荷泵，是一款在低電壓應(yīng)用中表現(xiàn)出色的 DC - DC 電壓轉(zhuǎn)換器，下面將從多個(gè)方面詳細(xì)解析它的特點(diǎn)、原理及應(yīng)用。

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產(chǎn)品概述

MAX864 是一款 CMOS 電荷泵 DC - DC 電壓轉(zhuǎn)換器，僅需四個(gè)電容就能從單個(gè)正輸入產(chǎn)生正負(fù)兩個(gè)輸出。它的輸入電壓范圍為 +1.75V 至 +6.0V，內(nèi)部振蕩器可通過引腳編程實(shí)現(xiàn) 7kHz 至 185kHz 的頻率調(diào)節(jié)，便于優(yōu)化靜態(tài)電流、電容大小和開關(guān)頻率。其 55Ω 的輸出阻抗可提供高達(dá) 20mA 的有用輸出電流，還具備 1μA 的邏輯控制關(guān)斷功能。

MAX864 采用 16 引腳 QSOP 封裝，占用面積與標(biāo)準(zhǔn) 8 引腳 SOIC 相同，而對(duì)于空間要求更嚴(yán)格的應(yīng)用，還有采用 8 引腳 μMAX 封裝的 MAX865 可供選擇，其占用面積僅為 MAX864 的一半。

產(chǎn)品特性

低元件需求

僅需四個(gè)電容，便可輕松實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換功能，大大簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，降低了成本和 PCB 面積。這種簡(jiǎn)潔的設(shè)計(jì)對(duì)于追求小型化和低成本的產(chǎn)品來說，無疑是一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)。大家在設(shè)計(jì)一些對(duì)空間和成本要求較高的產(chǎn)品時(shí)，不妨考慮一下這個(gè)特性帶來的便利。

雙輸出功能

能夠同時(shí)提供正、負(fù)兩種輸出，滿足了許多需要正負(fù)電源供電的電路需求，如模擬電路、LCD 面板等。在實(shí)際應(yīng)用中，你是否遇到過因?yàn)樾枰?fù)電源而使電路變得復(fù)雜的情況呢？MAX864 或許能為你解決這個(gè)難題。

寬輸入電壓范圍

輸入電壓范圍為 +1.75V 至 +6.0V，可適應(yīng)多種電源場(chǎng)景，如由 2 至 4 節(jié)鎳氫電池或 1 節(jié)鋰電池供電的系統(tǒng)。這使得它在不同的電源環(huán)境下都能穩(wěn)定工作，提高了產(chǎn)品的通用性。

低功耗關(guān)斷模式

具備 1μA 的邏輯控制關(guān)斷功能，在不需要工作時(shí)可以將功耗降至極低，延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間。對(duì)于一些對(duì)功耗敏感的設(shè)備，如無線手持設(shè)備，這個(gè)功能就顯得尤為重要。

可調(diào)節(jié)頻率

內(nèi)部振蕩器頻率可通過引腳編程在 7kHz 至 185kHz 之間調(diào)節(jié)，方便工程師根據(jù)實(shí)際需求優(yōu)化電容大小和電源電流。不同的應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)電容大小和電源電流的要求不同，你會(huì)如何根據(jù)具體情況選擇合適的頻率呢？

工作原理

電壓倍增與反相

MAX864 的電荷泵先將輸入電壓加倍，然后再將加倍后的電壓反相。具體來說，片上振蕩器產(chǎn)生 50% 占空比的時(shí)鐘信號(hào)，在正電壓倍增階段，通過開關(guān)的切換使電容 C1 在半個(gè)周期內(nèi)充電至輸入電壓，另半個(gè)周期將電容 C1 的電壓上移，從而在電容 C3 上得到 2 倍輸入電壓的正輸出（V +）。而負(fù)電壓轉(zhuǎn)換階段，其開關(guān)與正電壓轉(zhuǎn)換部分反相，將電荷從 V + 轉(zhuǎn)移到電容 C4 上，產(chǎn)生負(fù)輸出（V -）。這八個(gè)開關(guān)均為 CMOS 功率 MOSFET，不同類型的 MOSFET 組合確保了電路的高效運(yùn)行。

頻率與電容選擇

MAX864 提供四種不同的電荷泵頻率，可通過引腳 FC0 和 FC1 進(jìn)行選擇。較低的電荷泵頻率可降低平均電源電流，但需要較大的電容；而較高的電荷泵頻率則需要較小的電容，但電源電流會(huì)相應(yīng)增加。同時(shí)，為了保持最低的輸出電阻，應(yīng)使用低等效串聯(lián)電阻（ESR）的電容，陶瓷電容是最佳選擇。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，你是如何權(quán)衡頻率和電容的選擇呢？

電氣特性

電源參數(shù)

最小啟動(dòng)電壓在不同溫度下有所不同，在 25°C 時(shí)為 1.75V，在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)為 2.00V；最大電源電壓為 6.0V。隨著電荷泵頻率的增加，電源電流也會(huì)相應(yīng)增加，如在 FC1 = FC0 = GND，f = 7kHz 時(shí)，電源電流為 0.6 - 1.0mA；而在 FC1 = FC0 = IN，f = 185kHz 時(shí)，電源電流為 12 - 18mA。關(guān)斷電流極低，僅為 0.1 - 1μA，充分體現(xiàn)了其低功耗的特性。

輸入輸出參數(shù)

邏輯輸入低電壓為 0 - 1.0V，高電壓為 2.8 - 3.5V，邏輯輸入偏置電流為 - 1 - 1μA。V + 到 IN 的關(guān)斷電阻為 22 - 100Ω，V - 到 GND 的關(guān)斷電阻為 6 - 50Ω。輸出電阻在室溫下約為 55Ω，且會(huì)隨著工作條件的變化有所波動(dòng)。電壓轉(zhuǎn)換效率在負(fù)載開路時(shí)可達(dá)到 95 - 99%，表現(xiàn)出色。

典型應(yīng)用

正負(fù)電源轉(zhuǎn)換

最常見的應(yīng)用是作為雙電荷泵電壓轉(zhuǎn)換器，為偏置模擬電路提供正負(fù)輸出，輸出電壓分別為輸入電壓的兩倍。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)選擇合適的電荷泵頻率，既要避免干擾其他電路，又要保持較低的電源電流。參考表 1 進(jìn)行正確的設(shè)備配置，可以確保電路的穩(wěn)定運(yùn)行。

多器件并聯(lián)

通過并聯(lián)多個(gè) MAX864 可以降低正負(fù)轉(zhuǎn)換器的輸出電阻，有效輸出電阻為單個(gè)器件輸出電阻除以器件總數(shù)。每個(gè) MAX864 需要單獨(dú)的 C1 和 C2 電荷泵電容，但可以共享 C3 和 C4 儲(chǔ)能電容。在需要大電流輸出的場(chǎng)合，這種方法可以顯著提高電路的性能。

重負(fù)載處理

當(dāng) V + 向 V - 提供大電流負(fù)載時(shí)，為防止 V - 電源高于地電位，需要在 GND 和 V - 之間使用肖特基二極管（如 1N5817），并將陽極連接到 GND。這一措施可以保證電路在重負(fù)載情況下的安全性和穩(wěn)定性。

布局與接地

良好的布局對(duì)于電路的噪聲性能至關(guān)重要。應(yīng)盡量將所有組件緊密安裝在一起，縮短走線長(zhǎng)度以減小寄生電感和電容，并使用接地層。將所有未連接（N.C.）引腳連接到接地層可以改善散熱性能。合理的布局和接地設(shè)計(jì)可以有效提高電路的穩(wěn)定性和可靠性。

總結(jié)

MAX864 雙輸出電荷泵以其簡(jiǎn)潔的設(shè)計(jì)、豐富的功能和出色的性能，在低電壓電源管理領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。電子工程師在進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇電荷泵頻率和電容，優(yōu)化電路布局和接地，以充分發(fā)揮 MAX864 的優(yōu)勢(shì)。在面對(duì)不同的電源設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)時(shí)，你是否會(huì)考慮使用 MAX864 呢？希望本文能為大家在電子設(shè)計(jì)中提供一些有價(jià)值的參考。

如果你對(duì) MAX864 或其他電源管理芯片有更多的疑問或經(jīng)驗(yàn)，歡迎在評(píng)論區(qū)留言分享！