MAX868：可调节-2倍反相电荷泵的设计与应用

在电子设备的电源设计中，常常需要将正电压转换为稳定的负电压，以满足特定电路的需求。MAX868反相电荷泵便是一款能出色完成这一任务的器件。下面，我们就来深入了解一下MAX868的特性、设计要点和应用场景。

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一、MAX868概述

MAX868是一款能从1.8V至5.5V的正输入电压产生高达 -2 x VIN 稳定负电压的电荷泵。它采用脉冲频率调制（PFM）控制方案来生成稳定的负输出电压。这种独特的按需开关方案使MAX868在轻载时具有出色的效率，同时不影响其满载（高达30mA）运行。而且，该器件无需电感，仅需四个电容和两个电阻就能构建一个完整的DC - DC转换器。其采用10引脚的µMAX封装，高度仅1.11mm，占用的电路板面积仅为标准8引脚SO封装的一半。

二、应用场景

由于其小巧、高效的特性，MAX868被广泛应用于多个领域，如小型LCD面板、手机、无绳电话、摄像机、手持终端、PDA、医疗仪器和电池供电设备等。大家在实际项目中，是否也遇到过需要类似电源转换的场景呢？

三、器件特性

3.1 输出电压与封装

• 可调节稳定负输出电压，最高可达 -2 x VIN。
• 采用超小型10引脚µMAX封装，节省电路板空间。

3.2 开关特性与功耗

• 按需开关，最高可达450kHz。
• 静态电源电流仅30µA，逻辑控制关断电流低至0.1µA，有效降低功耗。

3.3 输入输出范围

• 输入电压范围为1.8V至5.5V，输出电流最高可达30mA。

3.4 外部元件需求

仅需四个小型外部电容，简化了电路设计。

四、电气参数

在不同的工作条件下，MAX868有一系列明确的电气参数。例如，在 (V{IN}= +3.3V)，(overline{SHDN}=IN)，(C1 = C2 = 0.22mu F)，(C{IN}= 1mu F)，(C{OUT}= 10mu F)，(T{A}= 0^{circ}C) 至 +85°C 的条件下，其电源电压范围为1.8V至5.5V，无负载时电源电流典型值为30µA，关断电流最大值为1µA等。这些参数为设计人员提供了精确的参考，大家在设计时一定要根据实际情况合理选择工作条件哦。

五、设计要点

5.1 输出电压设置

通过两个外部电阻R1和R2可以设置输出电压。先在100kΩ至500kΩ范围内选择R2，然后使用公式 (R1 = R2 × frac{left|V{OUT}right|}{V{REF}}) 计算R1。当MAX868由稳压电源供电时，可使用VIN作为参考电压；若由非稳压电源供电，则需使用系统中可用的正参考电压。另外，如果需要多个振荡周期来调节输出，可以减小R1和R2的值，或者在R1两端并联一个小电容CC来补偿反馈回路，确保稳定性。

5.2 电容选择

5.2.1 飞跨电容

飞跨电容的选择主要取决于所需的输出电流。对于0.1µF至0.33µF范围内的飞跨电容，最大输出电流可通过公式 (I{OUT(MAX)} =frac{2 × V{IN }-left|V{OUT }right|}{frac{4}{f{MAX } times(C 1+C 2)}+R{OUT } × frac{10 V}{V{IN }+left|V_{OUT }right|}}) 近似计算。一般应选择能提供所需输出电流的最小飞跨电容值，以减小输出电压纹波。建议选用表面贴装陶瓷电容，其具有体积小、成本低和等效串联电阻（ESR）低的优点，并且要选择具有X7R（或等效）低温系数电介质的陶瓷电容，以确保在整个温度范围内正常工作。

5.2.2 输出电容

输出电容用于存储从飞跨电容转移的电荷，并在振荡周期之间为负载供电。一般来说，输出电容应至少是飞跨电容的十倍。输出电压纹波取决于飞跨电容的电容值、输出电容的电容值和ESR。在闭环模式下，可使用公式 (V{RIPPLE }=left(2 × V{IN }-left|V{OUT }right|right) timesleft(frac{1}{1+frac{4 × C{OUT }}{C 1+C 2}}+frac{R{ESR }}{R{OUT }}right)) 近似计算输出电压纹波。为了使输出纹波最小，应选择低ESR的输出电容，表面贴装陶瓷电容和低ESR钽电解电容都是不错的选择。

六、应用信息

6.1 低输出电压操作

在低输出电压操作时，MAX868的效率与线性稳压器非常相似。可以使用公式 (eta=frac{left|V{OUT}right|}{k × V{IN}}) 估算效率，其中k对于图5的标准配置等于2，对于图6的电路等于1。当输出电压不低于 -|VIN| 时，使用图6的电路可以使效率提高一倍。

6.2 布局和接地

正确的布局对于获得最佳性能至关重要。应使用尽可能短的走线将GND和PGND连接在一起，并将这些引脚连接到接地平面。所有电容应尽可能靠近MAX868安装，保持走线短以减少寄生效应。同时，要确保所有连接到FB引脚的走线尽可能短。

七、总结

MAX868以其小巧的封装、高效的性能和简单的电路设计，为电子工程师在正电压转负电压的设计中提供了一个优秀的解决方案。在实际应用中，只要我们根据其特性和设计要点进行合理设计，就能充分发挥其优势，满足各种电子设备的电源需求。大家在使用MAX868的过程中，有没有遇到过什么特别的问题或者有什么独特的设计技巧呢？欢迎在评论区分享交流。