MAX1682/MAX1683 开关电容电压倍增器：设计与应用解析

一、引言

在电子设备中，电压转换是一个关键环节。对于电池供电或板级电压倍增应用来说，高效、小尺寸的电压倍增器尤为重要。MAXIM 公司的 MAX1682/MAX1683 开关电容电压倍增器就是这样一款出色的产品，下面我们来详细了解它的特性、应用及设计要点。

文件下载：MAX1682.pdf

二、产品概述

2.1 基本特性

MAX1682/MAX1683 是超小型的单片 CMOS 电荷泵电压倍增器，输入电压范围为 +2.0V 至 +5.5V。其具有高达 98% 以上的电压转换效率，MAX1682 的静态电流仅为 110µA，非常适合电池供电和板级电压倍增应用。芯片内部集成了振荡器控制电路和四个功率 MOSFET 开关，MAX1682 工作频率为 12kHz，MAX1683 工作频率为 35kHz。

2.2 封装与输出能力

这两款器件均采用 5 引脚 SOT23 封装，可提供 30mA 的输出电流，典型压降为 600mV。

三、产品特性详解

3.1 封装与输入电压范围

采用 5 引脚 SOT23 封装，体积小巧，便于在 PCB 上布局。输入电压范围为 +2.0V 至 +5.5V，能适应多种电源环境。

3.2 转换效率与静态电流

高达 98% 的电压转换效率，可有效减少能量损耗。MAX1682 的静态电流为 110µA，低功耗特性使得其在电池供电设备中表现出色。

3.3 电容需求

仅需两个电容即可工作，简化了电路设计。

3.4 输出电流能力

最大可提供 45mA 的输出电流，能满足一些小型负载的供电需求。

四、应用领域

4.1 小型 LCD 面板

可为小型 LCD 面板提供合适的电源，保证其正常显示。

4.2 手机

在手机等移动设备中，可用于电压倍增，满足特定电路的供电需求。

4.3 手持终端和 PDA

为手持终端和 PDA 设备的相关电路提供稳定的电压。

五、电气特性

5.1 绝对最大额定值

• IN 到 GND 的电压范围为 +6V 至 -0.3V。
• OUT 到 GND 的电压范围为 +12V 或 VIN - 0.3V。
• 输出电流最大为 50mA。
• 输出短路持续时间为 1 秒。

  5.2 工作温度范围

  MAX1682EUK/MAX1683EUK 的工作温度范围为 -40°C 至 +85°C，结温最高为 +150°C，存储温度范围为 -65°C 至 +160°C。

  5.3 电气参数

  在不同条件下，其无负载电源电流、电源电压范围、振荡器频率、输出电阻和电压转换效率等参数会有所不同。例如，在 (V{IN}=+5.0V)，(T{A}=+25^{circ}C) 时，MAX1682 的无负载电源电流典型值为 110µA，振荡器频率为 12kHz。

六、典型工作特性

6.1 输出电阻与温度、电压的关系

从典型工作特性图中可以看出，输出电阻会随着温度和输入电压的变化而变化。例如，MAX1682 在不同输入电压下，输出电阻会有所不同，且随着温度升高，输出电阻也会发生变化。

6.2 输出电压纹波与输出电流的关系

输出电压纹波会随着输出电流的增加而变化，合理选择电容值可以降低输出电压纹波。

6.3 振荡器频率与温度的关系

振荡器频率也会受到温度的影响，在不同温度下，MAX1682 和 MAX1683 的振荡器频率会有所波动。

七、引脚描述

PIN	NAME	FUNCTION
1	GND	接地
2	OUT	倍增后的输出电压，需在 OUT 和 GND 之间连接 C2
3	C1 -	飞跨电容的负端
4	IN	输入电源
5	C1 +	飞跨电容的正端

八、详细工作原理

8.1 电压倍增原理

在第一个半周期，开关 S1 和 S2 闭合，电容 C1 充电至 VIN；在第二个半周期，S1 和 S2 断开，S3 和 S4 闭合，C1 的电压升高 VIN 伏，将能量传递给输出端。但由于开关电阻和负载的影响，实际输出电压略低于 2 x VIN。

8.2 输出电阻与电压降

MAX1682/MAX1683 具有约 20Ω 的输出电阻，随着负载电流的增加，输出电压会下降，下降值 (VDROOP = IOUT x RS)，实际输出电压 (VOUT = 2 × VIN - VDROOP)。

8.3 效率考虑

功率效率受三个因素影响：转换器 IC 的内部损耗、电容的电阻损耗和电容间电荷转移的转换损耗。总功率损耗为内部损耗、泵电容损耗和转换损耗之和。

九、电容选择

9.1 飞跨电容（C1）

为保持最低输出电阻，应选择低 ESR 的电容。推荐的电容制造商有 AVX、Matsuo、Sprague 等。不同型号的器件建议的电容值不同，如 MAX1682 推荐 10µF，MAX1683 推荐 3.3µF。增大飞跨电容可降低输出阻抗，提高效率，但超过一定值后，增加电容值对输出电阻的影响不大。

9.2 输出电容（C2）

增加输出电容可降低输出纹波电压，降低其 ESR 可同时降低输出电阻和纹波。对于轻负载，可使用较小的电容值。可使用公式 (VRIPPLE = IOUT /(fosc × C 2)+2 × IOUT × ESRC2) 计算峰 - 峰纹波。

9.3 输入旁路电容

使用 0.1µF 的旁路电容可降低输入电源的交流阻抗，减少开关噪声的影响。

十、级联与并联应用

10.1 级联

多个器件级联可产生更高的电压，空载输出电压约为 (n + 1) x VIN，但输出电阻会增加。例如，两级电压倍增器的输出电阻可近似为 (ROUT = 2 × ROUT1 + ROUT2)。

10.2 并联

并联多个 MAX1682 或 MAX1683 可降低输出电阻，每个器件需要自己的泵电容（C1），但共用一个储能电容（C2），C2 的值应根据并联器件的数量相应增加。

十一、布局与接地

良好的布局对于降低噪声至关重要。应将所有组件尽可能靠近安装，缩短走线长度以减少寄生电感和电容，并使用接地平面。

十二、总结

MAX1682/MAX1683 开关电容电压倍增器以其高效、小尺寸和低功耗的特性，在电池供电和板级电压倍增应用中具有很大的优势。在设计电路时，合理选择电容、注意布局和接地等要点，可以充分发挥其性能。各位工程师在实际应用中，不妨根据具体需求进行尝试，看看它能为你的设计带来怎样的效果。你在使用类似电压倍增器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享。