MAX865：緊湊型雙輸出電荷泵的深度解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理是一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。今天，我們將深入探討一款非常實(shí)用的電荷泵——MAX865，它由Maxim集成產(chǎn)品公司推出，以其緊湊的設(shè)計(jì)和出色的性能在眾多應(yīng)用中嶄露頭角。

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產(chǎn)品概述

MAX865是一款采用超小μMAX封裝的CMOS電荷泵DC - DC轉(zhuǎn)換器。它能夠從單個(gè)正輸入產(chǎn)生正輸出和負(fù)輸出，并且只需要四個(gè)電容器，這大大簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。其輸入電壓范圍為+1.5V至+6.0V，內(nèi)部振蕩器頻率保證在20kHz至38kHz之間，既能將噪聲保持在音頻范圍之上，又能消耗最小的電源電流。75Ω的輸出阻抗允許高達(dá)20mA的有用輸出電流。

關(guān)鍵特性

封裝優(yōu)勢(shì)

MAX865采用1.11mm高的8引腳μMAX封裝，占用的電路板面積僅為標(biāo)準(zhǔn)8引腳SOIC的一半，這對(duì)于對(duì)空間要求較高的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)。

電路簡(jiǎn)潔

只需要四個(gè)電容器，就能實(shí)現(xiàn)正、負(fù)雙輸出，大大減少了外部元件的數(shù)量，降低了成本和電路板空間。

寬輸入電壓范圍

+1.5V至+6.0V的輸入電壓范圍，使得它可以適應(yīng)多種電源供電情況，增加了其應(yīng)用的靈活性。

低噪聲設(shè)計(jì)

內(nèi)部振蕩器頻率高于音頻范圍，有效降低了音頻干擾，適用于對(duì)噪聲敏感的應(yīng)用。

應(yīng)用場(chǎng)景

• 無(wú)線手持設(shè)備：可用于低電壓GaAsFET偏置、VCO和GaAsFET電源。
• 電源系統(tǒng)：能為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、模擬電路等提供低成本的正負(fù)電源。
• 顯示設(shè)備：適用于LCD面板的電源供應(yīng)。

電氣特性

電壓參數(shù)

最小供應(yīng)電壓在負(fù)載電阻為10kΩ時(shí)為2.0V（典型值1.5V），最大供應(yīng)電壓為6.0V。

電流參數(shù)

在室溫（+25°C）下，電源電流典型值為0.6mA，最大為1.05mA；在-40°C至+85°C溫度范圍內(nèi)，最大為1.15mA。

振蕩器頻率

室溫下典型值為24kHz，在-40°C至+85°C溫度范圍內(nèi)，頻率范圍為18kHz至34kHz。

輸出電阻

在不同條件下，輸出電阻有所不同。例如，在IV+ = 1mA，IV- = 0mA，室溫下為150Ω，最大為200Ω；在不同溫度和負(fù)載條件下，輸出電阻會(huì)有所變化。

效率參數(shù)

功率效率在負(fù)載電流為5mA時(shí)可達(dá)85%，電壓轉(zhuǎn)換效率在不同輸出和負(fù)載條件下也有較好的表現(xiàn)。

工作原理

正電壓倍增器

MAX865內(nèi)部的振蕩器產(chǎn)生50%占空比的時(shí)鐘信號(hào)。在時(shí)鐘信號(hào)的前半個(gè)周期，開關(guān)S2和S4打開，S1和S3閉合，電容C1充電至輸入電壓VIN；在后半個(gè)周期，S1和S3打開，S2和S4閉合，電容C1的電壓向上平移VIN，電荷從C1轉(zhuǎn)移到C3，使C3上的電壓達(dá)到2VIN，從而產(chǎn)生正電源輸出V+。

負(fù)轉(zhuǎn)換器

負(fù)轉(zhuǎn)換器的開關(guān)與正轉(zhuǎn)換器相位相反。在時(shí)鐘信號(hào)的后半個(gè)周期，開關(guān)S6和S8打開，S5和S7閉合，電容C2從V+（由正電荷泵提升至2VIN）充電至GND；在時(shí)鐘信號(hào)的前半個(gè)周期，S5和S7打開，S6和S8閉合，電容C2上的電荷轉(zhuǎn)移到C4，產(chǎn)生負(fù)電源輸出V-。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

電容選擇

為了保持最低的輸出電阻，應(yīng)使用具有低等效串聯(lián)電阻（ESR）的電容器。電荷泵的輸出電阻是C1、C2、C3和C4的ESR的函數(shù)，因此最小化電荷泵電容器的ESR可以最小化總輸出電阻。在大多數(shù)應(yīng)用中，四個(gè)電容器通常選用低成本的3.3μF極化電解電容器；對(duì)于對(duì)電路板空間要求較高且電流較小的應(yīng)用，可以使用1μF的電容器。

并聯(lián)使用

多個(gè)MAX865并聯(lián)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)器件輸出電阻除以并聯(lián)器件的數(shù)量。每個(gè)MAX865需要單獨(dú)的C1和C2電荷泵電容器，但可以共享C3和C4儲(chǔ)能電容器。

重負(fù)載處理

當(dāng)處于重負(fù)載狀態(tài)，V+向V-提供電流時(shí)，要防止V-電源高于地電位。在大電流從V+流向V-的應(yīng)用中，可以在GND和V-之間使用肖特基二極管（如1N5817）進(jìn)行保護(hù)。

布局和接地

良好的布局對(duì)于降低噪聲非常重要。應(yīng)盡量將所有組件安裝在一起，縮短走線長(zhǎng)度以減少寄生電感和電容，并使用接地平面。

總結(jié)

MAX865以其緊湊的設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)潔的電路和出色的性能，為電子工程師提供了一個(gè)優(yōu)秀的電源管理解決方案。無(wú)論是在無(wú)線手持設(shè)備、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還是顯示設(shè)備等領(lǐng)域，它都能發(fā)揮重要作用。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，合理選擇電容器、考慮并聯(lián)使用、處理重負(fù)載情況以及優(yōu)化布局和接地等要點(diǎn)，將有助于充分發(fā)揮MAX865的性能優(yōu)勢(shì)。你在使用MAX865的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。