MAX25510/MAX25511：汽車顯示4通道低電壓LED背光驅(qū)動芯片解析

在汽車電子顯示領(lǐng)域，背光驅(qū)動芯片的性能對于顯示效果至關(guān)重要。今天要給大家介紹的是Analog Devices公司推出的MAX25510/MAX25511，這是兩款專為汽車顯示屏設(shè)計的4通道背光驅(qū)動IC，集成了升壓轉(zhuǎn)換器，能為汽車顯示提供穩(wěn)定可靠的背光支持。

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芯片概述

MAX25510/MAX25511具備4個通道，每個集成電流輸出可吸收高達120mA的LED電流。它能接受3V至36V的寬輸入電壓范圍，在汽車應(yīng)用中可提供高達40V的負載突降電壓保護。芯片主要由三大部分組成：采用峰值電流模式控制的DC - DC轉(zhuǎn)換器，用于實現(xiàn)升壓或SEPIC型開關(guān)模式電源；4通道LED驅(qū)動器，每通道具有高達120mA的恒流吸收能力；以及邏輯控制模塊。

其典型應(yīng)用場景包括汽車儀表盤、汽車中央信息顯示屏以及汽車抬頭顯示器等。大家在實際設(shè)計中，可根據(jù)具體的應(yīng)用場景來評估該芯片是否能滿足需求。

關(guān)鍵特性

電壓與頻率特性

• 寬電壓范圍：啟動后可低至3V工作，具備寬升壓占空比，能支持低輸入電壓。這一特性使得芯片在汽車復(fù)雜的電源環(huán)境下仍能穩(wěn)定工作，即使在電池電壓波動時也能保證LED背光的正常顯示。
• 頻率特性：工作頻率范圍在400kHz至2.2MHz之間，還具備擴頻功能，可有效降低電磁干擾（EMI）。此外，輸出通道還可選擇相移功能，進一步減少EMI。大家在設(shè)計時，可根據(jù)實際需求選擇合適的工作頻率，同時考慮是否啟用擴頻和相移功能來優(yōu)化EMI性能。

電流與調(diào)光特性

• 大電流輸出：每通道可提供高達120mA的輸出電流，能滿足大多數(shù)汽車顯示屏背光的亮度需求。
• 調(diào)光功能豐富：支持高達16667:1的調(diào)光比（200Hz時），具備模擬調(diào)光能力和內(nèi)置自動淡入/淡出功能。通過外部PWM信號施加到DIM引腳可進行調(diào)光控制，還可通過ADIM引腳進行模擬調(diào)光。在實際應(yīng)用中，可根據(jù)不同的顯示需求靈活調(diào)整調(diào)光方式和調(diào)光比，以實現(xiàn)最佳的顯示效果。

保護與診斷特性

• 故障保護全面：具備逐周期電流限制、DC - DC轉(zhuǎn)換器輸出欠壓保護、輸出過壓保護、開路LED檢測、短路LED檢測和保護以及過溫關(guān)斷等功能。這些保護功能能有效提高芯片的可靠性和穩(wěn)定性，延長芯片和LED的使用壽命。
• 診斷功能完善：FLTB輸出可提供診斷信息，如短路或開路LED等故障。通過監(jiān)測FLTB引腳的狀態(tài)，可及時發(fā)現(xiàn)并處理LED故障，確保顯示屏的正常顯示。

引腳功能與配置

芯片采用緊湊的4mm x 4mm TQFN封裝，共有24個引腳，各引腳功能明確，以下是部分關(guān)鍵引腳的介紹：

• IN引腳：輸入電壓引腳，需連接到受保護的電池，并通過至少2.2μF電容與0.1μF電容并聯(lián)旁路。在設(shè)計時，要注意電容的選型和布局，以確保輸入電壓的穩(wěn)定。
• NGATE引腳：外部串聯(lián)nMOSFET的柵極連接引腳，由內(nèi)部電荷泵驅(qū)動。在使用外部nMOSFET時，要確保其參數(shù)滿足設(shè)計要求，同時注意柵極驅(qū)動信號的穩(wěn)定性。
• BSTMON引腳：升壓電壓監(jiān)測輸入引腳，通過電阻分壓器連接到升壓轉(zhuǎn)換器輸出和地，用于設(shè)置最大升壓輸出電壓。電阻分壓器的參數(shù)計算要準確，以保證升壓輸出電壓在合理范圍內(nèi)。
• RT引腳：振蕩器定時電阻連接引腳，通過連接一個定時電阻到地來編程開關(guān)頻率。也可通過AC耦合外部時鐘到RT引腳來同步開關(guān)頻率。在選擇定時電阻時，要根據(jù)所需的開關(guān)頻率進行計算，同時注意外部時鐘的參數(shù)要求。
• ISET引腳：LED電流調(diào)整輸入引腳，通過連接一個電阻到地來設(shè)置每個LED串的電流。電阻值的計算要根據(jù)所需的LED電流進行，以確保LED電流的準確性。

工作模式與啟動序列

工作模式

• 高壓模式：當輸入電壓超過 (V_{LDUMP_TH}) 時，NGATE輸出跟隨IN電壓，外部nMOSFET作為源極跟隨器工作。此時，nMOSFET的功耗會比正常情況高，設(shè)計時需考慮其散熱問題。
• 低壓模式：升壓軟啟動完成后，芯片可在低至3V的輸入電壓下繼續(xù)工作。當輸入電壓低于 (V{LVF}) 時，升壓轉(zhuǎn)換器電流限制自動增加到 (I{LIMLV}) ，開關(guān)頻率若大于1.4MHz則會降低。在低壓模式下，要注意輸入電流可能會達到很高的水平，需合理選擇外部升壓轉(zhuǎn)換器組件。

啟動序列

啟動序列分為三個階段：

• 階段1：EN引腳置高后，控制器開啟外部nMOSFET的電荷泵，為其柵極充電，2ms超時后進入階段2。在這個階段，要確保電荷泵的正常工作，以保證外部nMOSFET能及時開啟。
• 階段2：NGATE開啟后，轉(zhuǎn)換器開始開關(guān)，輸出開始上升。DAC參考電壓逐步增加，直到BSTMON電壓達到480mV（快速軟啟動時為0.88V）。此階段持續(xù)約50ms（典型值）或快速軟啟動時為25ms。若BSTMON電壓在階段2開始時大于480mV，則直接進入階段3。在這個階段，要密切關(guān)注BSTMON電壓的變化，以確保啟動過程的順利進行。
• 階段3：階段2完成且DIM輸入為高時進入階段3，此時調(diào)整轉(zhuǎn)換器輸出，使最小OUT電壓落在 (V{OUTH}) 和 (V_{OUTL}) 比較器限制之間。DAC輸出在DIM輸入的每個上升沿更新，若DIM輸入為100%占空比，則每10ms更新一次。在這個階段，要確保輸出電壓的穩(wěn)定，以保證LED的正常工作。

應(yīng)用設(shè)計要點

DC - DC轉(zhuǎn)換器拓撲選擇

根據(jù)LED串的正向電壓和輸入電源電壓范圍，可選擇升壓轉(zhuǎn)換器拓撲或SEPIC拓撲。如果LED串正向電壓始終大于輸入電源電壓范圍，建議使用升壓轉(zhuǎn)換器拓撲，其效率較高；如果LED串正向電壓落在電源電壓范圍內(nèi)，則可使用SEPIC拓撲。在選擇拓撲時，要綜合考慮效率、成本和空間等因素。

功率電路設(shè)計

• 確定參數(shù)：首先確定所需的輸入電源電壓范圍、驅(qū)動LED串所需的最大電壓以及總輸出電流。根據(jù)這些參數(shù)計算最大占空比，選擇合適的開關(guān)頻率。在計算過程中，要注意參數(shù)的準確性，以確保功率電路的性能。
• 電感選擇：根據(jù)所選拓撲和計算得到的參數(shù)，選擇合適的電感。電感的最小電感值要大于計算值，電流額定值要大于峰值電感電流，推薦飽和電流限制比電感峰值電流高10%。在選擇電感時，要考慮其電感值、電流額定值和飽和電流等參數(shù)，以確保其能滿足電路的需求。
• 輸出電容選擇：輸出電容的作用是降低轉(zhuǎn)換器輸出紋波，對于MAX25510/MAX25511，建議將峰 - 峰輸出電壓紋波限制在250mV以內(nèi)?？蛇x擇低ESR陶瓷電容，必要時可并聯(lián)多個電容以達到所需的電容值。在選擇輸出電容時，要注意其ESR、ESL和電容值等參數(shù)，以確保其能有效降低輸出紋波。
• 整流二極管選擇：選擇肖特基整流二極管，其正向壓降小，反向恢復(fù)損耗低，可減少MOSFET開關(guān)損耗和EMI。二極管的電壓額定值要比最大升壓轉(zhuǎn)換器輸出電壓高20%，電流額定值要大于 (I{LAVG} × (1 - D{MAX}) × 1.2) 。在選擇整流二極管時，要考慮其正向壓降、反向恢復(fù)損耗、電壓額定值和電流額定值等參數(shù)，以確保其能滿足電路的需求。

反饋補償設(shè)計

反饋控制回路在PWM調(diào)光期間調(diào)節(jié)最小OUT電壓，使其落在 (V{OUTL}) 和 (V{OUTH}) 比較器限制之間。開關(guān)轉(zhuǎn)換器小信號傳遞函數(shù)在升壓配置下存在右半平面（RHP）零點，需要進行補償?？赏ㄟ^計算RHP零頻率和輸出極點頻率，選擇合適的補償組件 (R{COMP}) 和 (C_{COMP}) ，以確保控制回路的穩(wěn)定性。在設(shè)計反饋補償時，要注意RHP零頻率和輸出極點頻率的計算，以及補償組件的選擇和參數(shù)設(shè)置，以確保控制回路的穩(wěn)定性和性能。

PCB布局設(shè)計

由于芯片采用高頻開關(guān)轉(zhuǎn)換器，PCB布局對電路性能至關(guān)重要。以下是一些布局建議：

• 旁路電容：V18引腳的旁路電容要盡可能靠近芯片，直接連接到V18和GND引腳。GND引腳連接到模擬接地平面和芯片的暴露焊盤，模擬接地平面放置在內(nèi)層。在布局旁路電容時，要注意其位置和連接方式，以確保其能有效旁路高頻噪聲。
• 功率接地平面：在功率組件下方設(shè)置功率接地平面，PGND引腳連接到功率接地平面和芯片的暴露焊盤。所有其他接地連接通過靠近端子的過孔連接到功率接地平面。在布局功率接地平面時，要注意其覆蓋范圍和連接方式，以確保其能提供低電感的接地路徑。
• 高頻開關(guān)電流回路：分析功率電路中的高頻開關(guān)電流回路，盡量減小回路面積。在頂層銅走線或功率組件中為開關(guān)電流提供返回路徑，以降低輻射。在布局高頻開關(guān)電流回路時，要注意其路徑和面積，以確保其能減少輻射和干擾。
• BSTMON引腳：在BSTMON輸入引腳添加一個小的旁路電容（22pF至47pF），并盡可能靠近引腳，以抑制高頻噪聲。在布局BSTMON引腳時，要注意旁路電容的位置和參數(shù)設(shè)置，以確保其能有效抑制高頻噪聲。
• 輸入輸出電容：輸入和輸出電容需要良好的接地，使用寬走線和多個過孔連接到接地平面。在布局輸入輸出電容時，要注意其接地方式和走線寬度，以確保其能提供穩(wěn)定的電源和低噪聲的輸出。
• 散熱設(shè)計：為了提高芯片的散熱性能，可在芯片的暴露焊盤下方添加多個過孔連接到PCB背面的銅區(qū)域。在布局散熱設(shè)計時，要注意過孔的數(shù)量和位置，以確保其能有效散熱。

總結(jié)

MAX25510/MAX25511是一款性能優(yōu)異的汽車顯示LED背光驅(qū)動芯片，具備寬電壓范圍、大電流輸出、豐富的調(diào)光功能和完善的保護診斷特性。在應(yīng)用設(shè)計中，需要根據(jù)具體需求選擇合適的工作模式、啟動序列和拓撲結(jié)構(gòu)，同時注意功率電路設(shè)計、反饋補償設(shè)計和PCB布局設(shè)計等要點。希望通過本文的介紹，能幫助大家更好地了解和應(yīng)用這款芯片。大家在實際設(shè)計過程中遇到問題，歡迎一起交流探討。