MAX682/MAX683/MAX684：高效5V输出电荷泵调节器的设计与应用

在电子设计领域，电源管理模块的设计至关重要，尤其是在需要将低电压转换为稳定高电压的场景中。MAXIM推出的MAX682/MAX683/MAX684电荷泵调节器，为从2.7V - 5.5V输入生成稳定5V输出提供了优秀的解决方案。下面我们就来详细了解一下这些器件。

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一、产品概述

MAX682/MAX683/MAX684电荷泵调节器专为紧凑设计的应用而打造，能够从2.7V - 5.5V的输入电压高效地生成5V输出。它们分别能够提供250mA（MAX682）、100mA（MAX683）和50mA（MAX684）的输出电流。这些完整的5V调节器仅需一个电阻和三个外部电容，无需电感，大大简化了电路设计。同时，其高达2MHz的外部可调开关频率和独特的调节方案，使得每100mA输出电流仅需1µF的电容，实现了超小型化设计。

二、产品特性

1. 超小型设计：每100mA输出电流仅需1µF电容，有效节省了电路板空间。
2. 无需电感：减少了元件数量和成本，同时降低了电磁干扰。
3. 低高度封装：MAX683/MAX684采用高度仅为1.1mm的8引脚µMAX封装，适合对空间要求苛刻的应用。
4. 大输出电流：MAX682能够提供高达250mA的输出电流，满足高功率需求。
5. 稳定输出电压：输出电压调节精度为±4%，确保了电源的稳定性。
6. 可调开关频率：开关频率可在50kHz - 2MHz范围内调节，方便根据不同应用进行优化。
7. 宽输入电压范围：支持2.7V - 5.5V的输入电压，适应多种电源环境。
8. 低静态电流：脉冲跳频模式下静态电流仅为100µA，关机电流低至0.1µA，有效降低了功耗。

三、应用领域

• 闪存电源：为闪存芯片提供稳定的5V电源。
• 电池供电应用：在电池供电设备中，高效地将电池电压转换为5V。
• 微型设备：适用于对体积和功耗要求严格的微型设备。
• PCMCIA卡：为PCMCIA卡提供可靠的电源。
• 3.3V - 5V本地转换应用：实现局部电压的转换。
• 备用电池升压转换器：在主电源故障时，提供稳定的5V输出。
• 3V - 5V GSM SIMM卡：为GSM SIMM卡提供合适的电源。

四、电气特性

1. 输入输出参数

• 输入电压范围：2.7V - 5.5V，当输入电压高于3.6V时，SKIP引脚需置高。
• 输出电压：在负载电流0 < ILOAD ≤ IMAX，且输入电压满足一定条件时，输出电压为4.80 - 5.20V。

  2. 电流参数

• 最大输出电流：MAX682为250mA，MAX683为100mA，MAX684为50mA。
• 无负载输入电流：在不同SKIP状态和输入电压下，电流值有所不同。

  3. 其他参数

• 负载调节率：SKIP置高时，负载调节率为 -3%。
• 开关频率：由SHDN引脚输入电流决定，范围在50kHz - 2MHz之间。
• 关机电源电流：SHDN = 0，VIN = 5.5V，VOUT = 0时，电流为0.1 - 5µA。

五、工作模式

1. 跳频模式（SKIP = LOW）

当SKIP引脚置低时，调节器工作在低静态电流跳频模式。误差放大器在检测到输出电压高于5V时，会禁用开关，设备跳过开关周期，直到输出电压下降，然后重新激活振荡器。这种模式下，设备不会持续开关，有效降低了工作电流。

2. 恒定频率模式（SKIP = HIGH）

当SKIP引脚置高时，电荷泵以选定的频率连续运行。误差放大器通过驱动N沟道FET的栅极来控制CX上的电荷，当输出电压下降时，栅极驱动增加，从而增大CX上的电压。这种模式下，输出纹波最小，但在轻负载时效率低于跳频模式。需要注意的是，当输入电压高于3.6V时，设备必须工作在恒定频率模式。

六、频率选择与关机

SHDN引脚具有双重功能，既可以关闭设备，又可以确定振荡器频率。将SHDN引脚置低，设备进入关机模式，此时所有开关、振荡器和控制逻辑均被禁用，设备典型供电电流为0.1µA（最大5µA），输出对地呈现50kΩ阻抗。当SHDN引脚通过外部电阻拉至高电平时，流入SHDN的偏置电流决定了电荷泵的频率。可通过公式REXT = 45000（VIN - 0.69V）/ fOSC计算外部电阻值，其中REXT单位为kΩ，fOSC单位为kHz，频率范围为50kHz - 2MHz。

七、欠压锁定

MAX682/MAX683/MAX684具有欠压锁定功能，当输入电压低于2.25V时，设备将被禁用，以确保在低输入电压下无法维持调节时，设备能在输出电压大幅下降之前关机。一旦设备被禁用，滞后功能会使设备保持关机状态，直到输入电压上升到锁定阈值以上100mV。

八、应用信息

1. 电容选择

MAX682/MAX683/MAX684仅需三个外部电容，其值与输出电流容量、振荡器频率、输出噪声含量和工作模式密切相关。一般来说，传输电容（CX）最小，输入电容（CIN）是CX的两倍，输出电容（COUT）根据工作模式和纹波容限，可为CX的5 - 50倍。在连续开关模式下，较小的输出纹波允许使用较小的COUT；在跳频模式下，则需要较大的COUT来维持低输出纹波。

2. 功率耗散

器件的功率耗散取决于输出电流，可通过公式PDISS = IOUT (2VIN - VOUT)计算。PDISS必须小于封装额定值，具体可参考绝对最大额定值。

3. 布局考虑

所有电容应靠近IC焊接，接地和电源地应通过短而低阻抗的走线连接。如果高值电阻驱动关机输入并拾取噪声，可使用0.01µF的小电容将SHDN引脚旁路到地。

4. 器件并联

MAX682/MAX683/MAX684可以并联以提供更高的负载电流。例如，两个MAX682并联的电路可以在5V下提供500mA的电流。并联的器件应工作在相同的模式（跳频或恒定频率）以获得最佳性能。

九、总结

MAX682/MAX683/MAX684电荷泵调节器以其高效、紧凑、灵活的特点，为电子工程师在电源设计中提供了优秀的解决方案。在实际应用中，工程师可以根据具体需求选择合适的器件和工作模式，并合理选择电容和进行布局设计，以实现最佳的性能和可靠性。你在使用这些器件时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。