MAX868：可調(diào)節(jié)-2倍反相電荷泵的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

在電子設(shè)備的電源設(shè)計(jì)中，常常需要將正電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的負(fù)電壓，以滿足特定電路的需求。MAX868反相電荷泵便是一款能出色完成這一任務(wù)的器件。下面，我們就來(lái)深入了解一下MAX868的特性、設(shè)計(jì)要點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景。

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一、MAX868概述

MAX868是一款能從1.8V至5.5V的正輸入電壓產(chǎn)生高達(dá) -2 x VIN 穩(wěn)定負(fù)電壓的電荷泵。它采用脈沖頻率調(diào)制（PFM）控制方案來(lái)生成穩(wěn)定的負(fù)輸出電壓。這種獨(dú)特的按需開關(guān)方案使MAX868在輕載時(shí)具有出色的效率，同時(shí)不影響其滿載（高達(dá)30mA）運(yùn)行。而且，該器件無(wú)需電感，僅需四個(gè)電容和兩個(gè)電阻就能構(gòu)建一個(gè)完整的DC - DC轉(zhuǎn)換器。其采用10引腳的μMAX封裝，高度僅1.11mm，占用的電路板面積僅為標(biāo)準(zhǔn)8引腳SO封裝的一半。

二、應(yīng)用場(chǎng)景

由于其小巧、高效的特性，MAX868被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，如小型LCD面板、手機(jī)、無(wú)繩電話、攝像機(jī)、手持終端、PDA、醫(yī)療儀器和電池供電設(shè)備等。大家在實(shí)際項(xiàng)目中，是否也遇到過(guò)需要類似電源轉(zhuǎn)換的場(chǎng)景呢？

三、器件特性

3.1 輸出電壓與封裝

• 可調(diào)節(jié)穩(wěn)定負(fù)輸出電壓，最高可達(dá) -2 x VIN。
• 采用超小型10引腳μMAX封裝，節(jié)省電路板空間。

3.2 開關(guān)特性與功耗

• 按需開關(guān)，最高可達(dá)450kHz。
• 靜態(tài)電源電流僅30μA，邏輯控制關(guān)斷電流低至0.1μA，有效降低功耗。

3.3 輸入輸出范圍

• 輸入電壓范圍為1.8V至5.5V，輸出電流最高可達(dá)30mA。

3.4 外部元件需求

僅需四個(gè)小型外部電容，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。

四、電氣參數(shù)

在不同的工作條件下，MAX868有一系列明確的電氣參數(shù)。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 的條件下，其電源電壓范圍為1.8V至5.5V，無(wú)負(fù)載時(shí)電源電流典型值為30μA，關(guān)斷電流最大值為1μA等。這些參數(shù)為設(shè)計(jì)人員提供了精確的參考，大家在設(shè)計(jì)時(shí)一定要根據(jù)實(shí)際情況合理選擇工作條件哦。

五、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

5.1 輸出電壓設(shè)置

通過(guò)兩個(gè)外部電阻R1和R2可以設(shè)置輸出電壓。先在100kΩ至500kΩ范圍內(nèi)選擇R2，然后使用公式 (R1 = R2 × frac{left|V{OUT}right|}{V{REF}}) 計(jì)算R1。當(dāng)MAX868由穩(wěn)壓電源供電時(shí)，可使用VIN作為參考電壓；若由非穩(wěn)壓電源供電，則需使用系統(tǒng)中可用的正參考電壓。另外，如果需要多個(gè)振蕩周期來(lái)調(diào)節(jié)輸出，可以減小R1和R2的值，或者在R1兩端并聯(lián)一個(gè)小電容CC來(lái)補(bǔ)償反饋回路，確保穩(wěn)定性。

5.2 電容選擇

5.2.1 飛跨電容

飛跨電容的選擇主要取決于所需的輸出電流。對(duì)于0.1μF至0.33μF范圍內(nèi)的飛跨電容，最大輸出電流可通過(guò)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|}}) 近似計(jì)算。一般應(yīng)選擇能提供所需輸出電流的最小飛跨電容值，以減小輸出電壓紋波。建議選用表面貼裝陶瓷電容，其具有體積小、成本低和等效串聯(lián)電阻（ESR）低的優(yōu)點(diǎn)，并且要選擇具有X7R（或等效）低溫系數(shù)電介質(zhì)的陶瓷電容，以確保在整個(gè)溫度范圍內(nèi)正常工作。

5.2.2 輸出電容

輸出電容用于存儲(chǔ)從飛跨電容轉(zhuǎn)移的電荷，并在振蕩周期之間為負(fù)載供電。一般來(lái)說(shuō)，輸出電容應(yīng)至少是飛跨電容的十倍。輸出電壓紋波取決于飛跨電容的電容值、輸出電容的電容值和ESR。在閉環(huán)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)) 近似計(jì)算輸出電壓紋波。為了使輸出紋波最小，應(yīng)選擇低ESR的輸出電容，表面貼裝陶瓷電容和低ESR鉭電解電容都是不錯(cuò)的選擇。

六、應(yīng)用信息

6.1 低輸出電壓操作

在低輸出電壓操作時(shí)，MAX868的效率與線性穩(wěn)壓器非常相似?？梢允褂霉?(eta=frac{left|V{OUT}right|}{k × V{IN}}) 估算效率，其中k對(duì)于圖5的標(biāo)準(zhǔn)配置等于2，對(duì)于圖6的電路等于1。當(dāng)輸出電壓不低于 -|VIN| 時(shí)，使用圖6的電路可以使效率提高一倍。

6.2 布局和接地

正確的布局對(duì)于獲得最佳性能至關(guān)重要。應(yīng)使用盡可能短的走線將GND和PGND連接在一起，并將這些引腳連接到接地平面。所有電容應(yīng)盡可能靠近MAX868安裝，保持走線短以減少寄生效應(yīng)。同時(shí)，要確保所有連接到FB引腳的走線盡可能短。

七、總結(jié)

MAX868以其小巧的封裝、高效的性能和簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)，為電子工程師在正電壓轉(zhuǎn)負(fù)電壓的設(shè)計(jì)中提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，只要我們根據(jù)其特性和設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，就能充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，滿足各種電子設(shè)備的電源需求。大家在使用MAX868的過(guò)程中，有沒(méi)有遇到過(guò)什么特別的問(wèn)題或者有什么獨(dú)特的設(shè)計(jì)技巧呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。