MAX682/MAX683/MAX684：高效5V輸出電荷泵調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理模塊的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，尤其是在需要將低電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定高電壓的場(chǎng)景中。MAXIM推出的MAX682/MAX683/MAX684電荷泵調(diào)節(jié)器，為從2.7V - 5.5V輸入生成穩(wěn)定5V輸出提供了優(yōu)秀的解決方案。下面我們就來(lái)詳細(xì)了解一下這些器件。

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一、產(chǎn)品概述

MAX682/MAX683/MAX684電荷泵調(diào)節(jié)器專為緊湊設(shè)計(jì)的應(yīng)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(diào)節(jié)器僅需一個(gè)電阻和三個(gè)外部電容，無(wú)需電感，大大簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。同時(shí)，其高達(dá)2MHz的外部可調(diào)開(kāi)關(guān)頻率和獨(dú)特的調(diào)節(jié)方案，使得每100mA輸出電流僅需1μF的電容，實(shí)現(xiàn)了超小型化設(shè)計(jì)。

二、產(chǎn)品特性

1. 超小型設(shè)計(jì)：每100mA輸出電流僅需1μF電容，有效節(jié)省了電路板空間。
2. 無(wú)需電感：減少了元件數(shù)量和成本，同時(shí)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(duì)空間要求苛刻的應(yīng)用。
4. 大輸出電流：MAX682能夠提供高達(dá)250mA的輸出電流，滿足高功率需求。
5. 穩(wěn)定輸出電壓：輸出電壓調(diào)節(jié)精度為±4%，確保了電源的穩(wěn)定性。
6. 可調(diào)開(kāi)關(guān)頻率：開(kāi)關(guān)頻率可在50kHz - 2MHz范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，方便根據(jù)不同應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化。
7. 寬輸入電壓范圍：支持2.7V - 5.5V的輸入電壓，適應(yīng)多種電源環(huán)境。
8. 低靜態(tài)電流：脈沖跳頻模式下靜態(tài)電流僅為100μA，關(guān)機(jī)電流低至0.1μA，有效降低了功耗。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

• 閃存電源：為閃存芯片提供穩(wěn)定的5V電源。
• 電池供電應(yīng)用：在電池供電設(shè)備中，高效地將電池電壓轉(zhuǎn)換為5V。
• 微型設(shè)備：適用于對(duì)體積和功耗要求嚴(yán)格的微型設(shè)備。
• PCMCIA卡：為PCMCIA卡提供可靠的電源。
• 3.3V - 5V本地轉(zhuǎn)換應(yīng)用：實(shí)現(xiàn)局部電壓的轉(zhuǎn)換。
• 備用電池升壓轉(zhuǎn)換器：在主電源故障時(shí)，提供穩(wěn)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(shù)

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

  2. 電流參數(shù)

• 最大輸出電流：MAX682為250mA，MAX683為100mA，MAX684為50mA。
• 無(wú)負(fù)載輸入電流：在不同SKIP狀態(tài)和輸入電壓下，電流值有所不同。

  3. 其他參數(shù)

• 負(fù)載調(diào)節(jié)率：SKIP置高時(shí)，負(fù)載調(diào)節(jié)率為 -3%。
• 開(kāi)關(guān)頻率：由SHDN引腳輸入電流決定，范圍在50kHz - 2MHz之間。
• 關(guān)機(jī)電源電流：SHDN = 0，VIN = 5.5V，VOUT = 0時(shí)，電流為0.1 - 5μA。

五、工作模式

1. 跳頻模式（SKIP = LOW）

當(dāng)SKIP引腳置低時(shí)，調(diào)節(jié)器工作在低靜態(tài)電流跳頻模式。誤差放大器在檢測(cè)到輸出電壓高于5V時(shí)，會(huì)禁用開(kāi)關(guān)，設(shè)備跳過(guò)開(kāi)關(guān)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(shè)備不會(huì)持續(xù)開(kāi)關(guān)，有效降低了工作電流。

2. 恒定頻率模式（SKIP = HIGH）

當(dāng)SKIP引腳置高時(shí)，電荷泵以選定的頻率連續(xù)運(yùn)行。誤差放大器通過(guò)驅(qū)動(dòng)N溝道FET的柵極來(lái)控制CX上的電荷，當(dāng)輸出電壓下降時(shí)，柵極驅(qū)動(dòng)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(fù)載時(shí)效率低于跳頻模式。需要注意的是，當(dāng)輸入電壓高于3.6V時(shí)，設(shè)備必須工作在恒定頻率模式。

六、頻率選擇與關(guān)機(jī)

SHDN引腳具有雙重功能，既可以關(guān)閉設(shè)備，又可以確定振蕩器頻率。將SHDN引腳置低，設(shè)備進(jìn)入關(guān)機(jī)模式，此時(shí)所有開(kāi)關(guān)、振蕩器和控制邏輯均被禁用，設(shè)備典型供電電流為0.1μA（最大5μA），輸出對(duì)地呈現(xiàn)50kΩ阻抗。當(dāng)SHDN引腳通過(guò)外部電阻拉至高電平時(shí)，流入SHDN的偏置電流決定了電荷泵的頻率?？赏ㄟ^(guò)公式REXT = 45000（VIN - 0.69V）/ fOSC計(jì)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(dāng)輸入電壓低于2.25V時(shí)，設(shè)備將被禁用，以確保在低輸入電壓下無(wú)法維持調(diào)節(jié)時(shí)，設(shè)備能在輸出電壓大幅下降之前關(guān)機(jī)。一旦設(shè)備被禁用，滯后功能會(huì)使設(shè)備保持關(guān)機(jī)狀態(tài)，直到輸入電壓上升到鎖定閾值以上100mV。

八、應(yīng)用信息

1. 電容選擇

MAX682/MAX683/MAX684僅需三個(gè)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(guān)。一般來(lái)說(shuō)，傳輸電容（CX）最小，輸入電容（CIN）是CX的兩倍，輸出電容（COUT）根據(jù)工作模式和紋波容限，可為CX的5 - 50倍。在連續(xù)開(kāi)關(guān)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(lái)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(guò)公式PDISS = IOUT (2VIN - VOUT)計(jì)算。PDISS必須小于封裝額定值，具體可參考絕對(duì)最大額定值。

3. 布局考慮

所有電容應(yīng)靠近IC焊接，接地和電源地應(yīng)通過(guò)短而低阻抗的走線連接。如果高值電阻驅(qū)動(dòng)關(guān)機(jī)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(lián)

MAX682/MAX683/MAX684可以并聯(lián)以提供更高的負(fù)載電流。例如，兩個(gè)MAX682并聯(lián)的電路可以在5V下提供500mA的電流。并聯(lián)的器件應(yīng)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(jié)

MAX682/MAX683/MAX684電荷泵調(diào)節(jié)器以其高效、緊湊、靈活的特點(diǎn)，為電子工程師在電源設(shè)計(jì)中提供了優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師可以根據(jù)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(jìn)行布局設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)最佳的性能和可靠性。你在使用這些器件時(shí)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(jiàn)解。