MAX864 双输出电荷泵：设计与应用全解析

在电子设计领域，电源管理模块的性能直接影响着整个系统的稳定性和效率。今天要给大家介绍的 MAX864 双输出电荷泵，是一款在低电压应用中表现出色的 DC - DC 电压转换器，下面将从多个方面详细解析它的特点、原理及应用。

文件下载：MAX864.pdf

产品概述

MAX864 是一款 CMOS 电荷泵 DC - DC 电压转换器，仅需四个电容就能从单个正输入产生正负两个输出。它的输入电压范围为 +1.75V 至 +6.0V，内部振荡器可通过引脚编程实现 7kHz 至 185kHz 的频率调节，便于优化静态电流、电容大小和开关频率。其 55Ω 的输出阻抗可提供高达 20mA 的有用输出电流，还具备 1µA 的逻辑控制关断功能。

MAX864 采用 16 引脚 QSOP 封装，占用面积与标准 8 引脚 SOIC 相同，而对于空间要求更严格的应用，还有采用 8 引脚 µMAX 封装的 MAX865 可供选择，其占用面积仅为 MAX864 的一半。

产品特性

低元件需求

仅需四个电容，便可轻松实现电压转换功能，大大简化了电路设计，降低了成本和 PCB 面积。这种简洁的设计对于追求小型化和低成本的产品来说，无疑是一个巨大的优势。大家在设计一些对空间和成本要求较高的产品时，不妨考虑一下这个特性带来的便利。

双输出功能

能够同时提供正、负两种输出，满足了许多需要正负电源供电的电路需求，如模拟电路、LCD 面板等。在实际应用中，你是否遇到过因为需要正负电源而使电路变得复杂的情况呢？MAX864 或许能为你解决这个难题。

宽输入电压范围

输入电压范围为 +1.75V 至 +6.0V，可适应多种电源场景，如由 2 至 4 节镍氢电池或 1 节锂电池供电的系统。这使得它在不同的电源环境下都能稳定工作，提高了产品的通用性。

低功耗关断模式

具备 1µA 的逻辑控制关断功能，在不需要工作时可以将功耗降至极低，延长电池续航时间。对于一些对功耗敏感的设备，如无线手持设备，这个功能就显得尤为重要。

可调节频率

内部振荡器频率可通过引脚编程在 7kHz 至 185kHz 之间调节，方便工程师根据实际需求优化电容大小和电源电流。不同的应用场景对电容大小和电源电流的要求不同，你会如何根据具体情况选择合适的频率呢？

工作原理

电压倍增与反相

MAX864 的电荷泵先将输入电压加倍，然后再将加倍后的电压反相。具体来说，片上振荡器产生 50% 占空比的时钟信号，在正电压倍增阶段，通过开关的切换使电容 C1 在半个周期内充电至输入电压，另半个周期将电容 C1 的电压上移，从而在电容 C3 上得到 2 倍输入电压的正输出（V +）。而负电压转换阶段，其开关与正电压转换部分反相，将电荷从 V + 转移到电容 C4 上，产生负输出（V -）。这八个开关均为 CMOS 功率 MOSFET，不同类型的 MOSFET 组合确保了电路的高效运行。

频率与电容选择

MAX864 提供四种不同的电荷泵频率，可通过引脚 FC0 和 FC1 进行选择。较低的电荷泵频率可降低平均电源电流，但需要较大的电容；而较高的电荷泵频率则需要较小的电容，但电源电流会相应增加。同时，为了保持最低的输出电阻，应使用低等效串联电阻（ESR）的电容，陶瓷电容是最佳选择。在实际设计中，你是如何权衡频率和电容的选择呢？

电气特性

电源参数

最小启动电压在不同温度下有所不同，在 25°C 时为 1.75V，在整个工作温度范围内为 2.00V；最大电源电压为 6.0V。随着电荷泵频率的增加，电源电流也会相应增加，如在 FC1 = FC0 = GND，f = 7kHz 时，电源电流为 0.6 - 1.0mA；而在 FC1 = FC0 = IN，f = 185kHz 时，电源电流为 12 - 18mA。关断电流极低，仅为 0.1 - 1µA，充分体现了其低功耗的特性。

输入输出参数

逻辑输入低电压为 0 - 1.0V，高电压为 2.8 - 3.5V，逻辑输入偏置电流为 - 1 - 1µA。V + 到 IN 的关断电阻为 22 - 100Ω，V - 到 GND 的关断电阻为 6 - 50Ω。输出电阻在室温下约为 55Ω，且会随着工作条件的变化有所波动。电压转换效率在负载开路时可达到 95 - 99%，表现出色。

典型应用

正负电源转换

最常见的应用是作为双电荷泵电压转换器，为偏置模拟电路提供正负输出，输出电压分别为输入电压的两倍。在实际应用中，应选择合适的电荷泵频率，既要避免干扰其他电路，又要保持较低的电源电流。参考表 1 进行正确的设备配置，可以确保电路的稳定运行。

多器件并联

通过并联多个 MAX864 可以降低正负转换器的输出电阻，有效输出电阻为单个器件输出电阻除以器件总数。每个 MAX864 需要单独的 C1 和 C2 电荷泵电容，但可以共享 C3 和 C4 储能电容。在需要大电流输出的场合，这种方法可以显著提高电路的性能。

重负载处理

当 V + 向 V - 提供大电流负载时，为防止 V - 电源高于地电位，需要在 GND 和 V - 之间使用肖特基二极管（如 1N5817），并将阳极连接到 GND。这一措施可以保证电路在重负载情况下的安全性和稳定性。

布局与接地

良好的布局对于电路的噪声性能至关重要。应尽量将所有组件紧密安装在一起，缩短走线长度以减小寄生电感和电容，并使用接地层。将所有未连接（N.C.）引脚连接到接地层可以改善散热性能。合理的布局和接地设计可以有效提高电路的稳定性和可靠性。

总结

MAX864 双输出电荷泵以其简洁的设计、丰富的功能和出色的性能，在低电压电源管理领域具有广泛的应用前景。电子工程师在进行相关设计时，可根据具体的应用需求，合理选择电荷泵频率和电容，优化电路布局和接地，以充分发挥 MAX864 的优势。在面对不同的电源设计挑战时，你是否会考虑使用 MAX864 呢？希望本文能为大家在电子设计中提供一些有价值的参考。

如果你对 MAX864 或其他电源管理芯片有更多的疑问或经验，欢迎在评论区留言分享！