MAX864 雙輸出電荷泵：設計與應用全解析

在電子設計領域，電源管理模塊的性能直接影響著整個系統的穩定性和效率。今天要給大家介紹的 MAX864 雙輸出電荷泵，是一款在低電壓應用中表現出色的 DC - DC 電壓轉換器，下面將從多個方面詳細解析它的特點、原理及應用。

文件下載：MAX864.pdf

產品概述

MAX864 是一款 CMOS 電荷泵 DC - DC 電壓轉換器，僅需四個電容就能從單個正輸入產生正負兩個輸出。它的輸入電壓范圍為 +1.75V 至 +6.0V，內部振蕩器可通過引腳編程實現 7kHz 至 185kHz 的頻率調節，便于優化靜態電流、電容大小和開關頻率。其 55Ω 的輸出阻抗可提供高達 20mA 的有用輸出電流，還具備 1μA 的邏輯控制關斷功能。

MAX864 采用 16 引腳 QSOP 封裝，占用面積與標準 8 引腳 SOIC 相同，而對于空間要求更嚴格的應用，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。

產品特性

低元件需求

僅需四個電容，便可輕松實現電壓轉換功能，大大簡化了電路設計，降低了成本和 PCB 面積。這種簡潔的設計對于追求小型化和低成本的產品來說，無疑是一個巨大的優勢。大家在設計一些對空間和成本要求較高的產品時，不妨考慮一下這個特性帶來的便利。

雙輸出功能

能夠同時提供正、負兩種輸出，滿足了許多需要正負電源供電的電路需求，如模擬電路、LCD 面板等。在實際應用中，你是否遇到過因為需要正負電源而使電路變得復雜的情況呢？MAX864 或許能為你解決這個難題。

寬輸入電壓范圍

輸入電壓范圍為 +1.75V 至 +6.0V，可適應多種電源場景，如由 2 至 4 節鎳氫電池或 1 節鋰電池供電的系統。這使得它在不同的電源環境下都能穩定工作，提高了產品的通用性。

低功耗關斷模式

具備 1μA 的邏輯控制關斷功能，在不需要工作時可以將功耗降至極低，延長電池續航時間。對于一些對功耗敏感的設備，如無線手持設備，這個功能就顯得尤為重要。

可調節頻率

內部振蕩器頻率可通過引腳編程在 7kHz 至 185kHz 之間調節，方便工程師根據實際需求優化電容大小和電源電流。不同的應用場景對電容大小和電源電流的要求不同，你會如何根據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，片上振蕩器產生 50% 占空比的時鐘信號，在正電壓倍增階段，通過開關的切換使電容 C1 在半個周期內充電至輸入電壓，另半個周期將電容 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 +）。而負電壓轉換階段，其開關與正電壓轉換部分反相，將電荷從 V + 轉移到電容 C4 上，產生負輸出（V -）。這八個開關均為 CMOS 功率 MOSFET，不同類型的 MOSFET 組合確保了電路的高效運行。

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，但電源電流會相應增加。同時，為了保持最低的輸出電阻，應使用低等效串聯電阻（ESR）的電容，陶瓷電容是最佳選擇。在實際設計中，你是如何權衡頻率和電容的選擇呢？

電氣特性

電源參數

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

輸入輸出參數

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 的關斷電阻為 22 - 100Ω，V - 到 GND 的關斷電阻為 6 - 50Ω。輸出電阻在室溫下約為 55Ω，且會隨著工作條件的變化有所波動。電壓轉換效率在負載開路時可達到 95 - 99%，表現出色。

典型應用

正負電源轉換

最常見的應用是作為雙電荷泵電壓轉換器，為偏置模擬電路提供正負輸出，輸出電壓分別為輸入電壓的兩倍。在實際應用中，應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 進行正確的設備配置，可以確保電路的穩定運行。

多器件并聯

通過并聯多個 MAX864 可以降低正負轉換器的輸出電阻，有效輸出電阻為單個器件輸出電阻除以器件總數。每個 MAX864 需要單獨的 C1 和 C2 電荷泵電容，但可以共享 C3 和 C4 儲能電容。在需要大電流輸出的場合，這種方法可以顯著提高電路的性能。

重負載處理

當 V + 向 V - 提供大電流負載時，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載情況下的安全性和穩定性。

布局與接地

良好的布局對于電路的噪聲性能至關重要。應盡量將所有組件緊密安裝在一起，縮短走線長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計可以有效提高電路的穩定性和可靠性。

總結

MAX864 雙輸出電荷泵以其簡潔的設計、豐富的功能和出色的性能，在低電壓電源管理領域具有廣泛的應用前景。電子工程師在進行相關設計時，可根據具體的應用需求，合理選擇電荷泵頻率和電容，優化電路布局和接地，以充分發揮 MAX864 的優勢。在面對不同的電源設計挑戰時，你是否會考慮使用 MAX864 呢？希望本文能為大家在電子設計中提供一些有價值的參考。

如果你對 MAX864 或其他電源管理芯片有更多的疑問或經驗，歡迎在評論區留言分享！