MAX682/MAX683/MAX684：高效5V輸出電荷泵調節器的設計與應用

在電子設計領域，電源管理模塊的設計至關重要，尤其是在需要將低電壓轉換為穩定高電壓的場景中。MAXIM推出的MAX682/MAX683/MAX684電荷泵調節器，為從2.7V - 5.5V輸入生成穩定5V輸出提供了優秀的解決方案。下面我們就來詳細了解一下這些器件。

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一、產品概述

MAX682/MAX683/MAX684電荷泵調節器專為緊湊設計的應用而打造，能夠從2.7V - 5.5V的輸入電壓高效地生成5V輸出。它們分別能夠提供250mA（MAX682）、100mA（MAX683）和50mA（MAX684）的輸出電流。這些完整的5V調節器僅需一個電阻和三個外部電容，無需電感，大大簡化了電路設計。同時，其高達2MHz的外部可調開關頻率和獨特的調節方案，使得每100mA輸出電流僅需1μF的電容，實現了超小型化設計。

二、產品特性

1. 超小型設計：每100mA輸出電流僅需1μF電容，有效節省了電路板空間。
2. 無需電感：減少了元件數量和成本，同時降低了電磁干擾。
3. 低高度封裝：MAX683/MAX684采用高度僅為1.1mm的8引腳μMAX封裝，適合對空間要求苛刻的應用。
4. 大輸出電流：MAX682能夠提供高達250mA的輸出電流，滿足高功率需求。
5. 穩定輸出電壓：輸出電壓調節精度為±4%，確保了電源的穩定性。
6. 可調開關頻率：開關頻率可在50kHz - 2MHz范圍內調節，方便根據不同應用進行優化。
7. 寬輸入電壓范圍：支持2.7V - 5.5V的輸入電壓，適應多種電源環境。
8. 低靜態電流：脈沖跳頻模式下靜態電流僅為100μA，關機電流低至0.1μA，有效降低了功耗。

三、應用領域

• 閃存電源：為閃存芯片提供穩定的5V電源。
• 電池供電應用：在電池供電設備中，高效地將電池電壓轉換為5V。
• 微型設備：適用于對體積和功耗要求嚴格的微型設備。
• PCMCIA卡：為PCMCIA卡提供可靠的電源。
• 3.3V - 5V本地轉換應用：實現局部電壓的轉換。
• 備用電池升壓轉換器：在主電源故障時，提供穩定的5V輸出。
• 3V - 5V GSM SIMM卡：為GSM SIMM卡提供合適的電源。

四、電氣特性

1. 輸入輸出參數

• 輸入電壓范圍：2.7V - 5.5V，當輸入電壓高于3.6V時，SKIP引腳需置高。
• 輸出電壓：在負載電流0 < ILOAD ≤ IMAX，且輸入電壓滿足一定條件時，輸出電壓為4.80 - 5.20V。

  2. 電流參數

• 最大輸出電流：MAX682為250mA，MAX683為100mA，MAX684為50mA。
• 無負載輸入電流：在不同SKIP狀態和輸入電壓下，電流值有所不同。

  3. 其他參數

• 負載調節率：SKIP置高時，負載調節率為 -3%。
• 開關頻率：由SHDN引腳輸入電流決定，范圍在50kHz - 2MHz之間。
• 關機電源電流：SHDN = 0，VIN = 5.5V，VOUT = 0時，電流為0.1 - 5μA。

五、工作模式

1. 跳頻模式（SKIP = LOW）

當SKIP引腳置低時，調節器工作在低靜態電流跳頻模式。誤差放大器在檢測到輸出電壓高于5V時，會禁用開關，設備跳過開關周期，直到輸出電壓下降，然后重新激活振蕩器。這種模式下，設備不會持續開關，有效降低了工作電流。

2. 恒定頻率模式（SKIP = HIGH）

當SKIP引腳置高時，電荷泵以選定的頻率連續運行。誤差放大器通過驅動N溝道FET的柵極來控制CX上的電荷，當輸出電壓下降時，柵極驅動增加，從而增大CX上的電壓。這種模式下，輸出紋波最小，但在輕負載時效率低于跳頻模式。需要注意的是，當輸入電壓高于3.6V時，設備必須工作在恒定頻率模式。

六、頻率選擇與關機

SHDN引腳具有雙重功能，既可以關閉設備，又可以確定振蕩器頻率。將SHDN引腳置低，設備進入關機模式，此時所有開關、振蕩器和控制邏輯均被禁用，設備典型供電電流為0.1μA（最大5μA），輸出對地呈現50kΩ阻抗。當SHDN引腳通過外部電阻拉至高電平時，流入SHDN的偏置電流決定了電荷泵的頻率。可通過公式REXT = 45000（VIN - 0.69V）/ fOSC計算外部電阻值，其中REXT單位為kΩ，fOSC單位為kHz，頻率范圍為50kHz - 2MHz。

七、欠壓鎖定

MAX682/MAX683/MAX684具有欠壓鎖定功能，當輸入電壓低于2.25V時，設備將被禁用，以確保在低輸入電壓下無法維持調節時，設備能在輸出電壓大幅下降之前關機。一旦設備被禁用，滯后功能會使設備保持關機狀態，直到輸入電壓上升到鎖定閾值以上100mV。

八、應用信息

1. 電容選擇

MAX682/MAX683/MAX684僅需三個外部電容，其值與輸出電流容量、振蕩器頻率、輸出噪聲含量和工作模式密切相關。一般來說，傳輸電容（CX）最小，輸入電容（CIN）是CX的兩倍，輸出電容（COUT）根據工作模式和紋波容限，可為CX的5 - 50倍。在連續開關模式下，較小的輸出紋波允許使用較小的COUT；在跳頻模式下，則需要較大的COUT來維持低輸出紋波。

2. 功率耗散

器件的功率耗散取決于輸出電流，可通過公式PDISS = IOUT (2VIN - VOUT)計算。PDISS必須小于封裝額定值，具體可參考絕對最大額定值。

3. 布局考慮

所有電容應靠近IC焊接，接地和電源地應通過短而低阻抗的走線連接。如果高值電阻驅動關機輸入并拾取噪聲，可使用0.01μF的小電容將SHDN引腳旁路到地。

4. 器件并聯

MAX682/MAX683/MAX684可以并聯以提供更高的負載電流。例如，兩個MAX682并聯的電路可以在5V下提供500mA的電流。并聯的器件應工作在相同的模式（跳頻或恒定頻率）以獲得最佳性能。

九、總結

MAX682/MAX683/MAX684電荷泵調節器以其高效、緊湊、靈活的特點，為電子工程師在電源設計中提供了優秀的解決方案。在實際應用中，工程師可以根據具體需求選擇合適的器件和工作模式，并合理選擇電容和進行布局設計，以實現最佳的性能和可靠性。你在使用這些器件時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。