MAX1573：高效驅(qū)動(dòng)白光 LED 的電荷泵芯片

在如今的電子設(shè)備中，白光 LED 的應(yīng)用越來越廣泛，從手機(jī)、PDA 到數(shù)碼攝像機(jī)等，都離不開它。而如何高效、穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)這些白光 LED 成為了電子工程師們關(guān)注的重點(diǎn)。今天，我們就來詳細(xì)了解一下 Maxim 公司推出的 MAX1573 白光 LED 1x/1.5x 電荷泵芯片。

文件下載：MAX1573.pdf

一、產(chǎn)品概述

MAX1573 是一款能夠驅(qū)動(dòng)多達(dá)四個(gè)白光 LED 的分?jǐn)?shù)型電荷泵，通過調(diào)節(jié)恒定電流來保證 LED 亮度的均勻性。它采用了專有的自適應(yīng) 1x/1.5x 模式以及超低漏失電流調(diào)節(jié)器，在單節(jié)鋰離子電池的整個(gè)輸入電壓范圍內(nèi)都能保持較高的效率。其 1MHz 的固定開關(guān)頻率允許使用微小的外部組件，并且其調(diào)節(jié)方案經(jīng)過優(yōu)化，可確保低電磁干擾（EMI）和低輸入紋波。

特點(diǎn)

1. 高效節(jié)能：采用專有的自適應(yīng) 1x/1.5x 模式，最高效率可達(dá) 92%，能有效延長電池續(xù)航時(shí)間。
2. 高精度電流匹配：LED 電流匹配精度高達(dá) 0.2%，保證了多個(gè) LED 亮度的一致性。
3. 低紋波和 EMI：低輸入紋波和 EMI 特性，減少了對周圍電路的干擾，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
4. 無需鎮(zhèn)流電阻：消除了鎮(zhèn)流電阻的使用，簡化了電路設(shè)計(jì)，降低了成本。
5. 多種調(diào)光方式：支持邏輯或 PWM 調(diào)光控制，可根據(jù)實(shí)際需求靈活調(diào)節(jié) LED 亮度。
6. 低功耗：關(guān)機(jī)電流低至 0.1μA，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)功耗。
7. 寬輸入電壓范圍：2.7V 至 5.5V 的輸入電壓范圍，適用于各種電源環(huán)境。
8. 保護(hù)功能完善：具備軟啟動(dòng)、輸出過壓保護(hù)和熱關(guān)斷保護(hù)等功能，提高了芯片的可靠性和穩(wěn)定性。
9. 小巧封裝：提供了超小尺寸的芯片級(jí) UCSP（2.1mm x 2.1mm x 0.6mm）和 16 引腳薄型 QFN 封裝，節(jié)省了電路板空間。

應(yīng)用場景

• 手機(jī)、智能手機(jī)
• PDA、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)
• MP3 播放器
• 其他帶彩色顯示屏的手持設(shè)備

二、電氣特性

電壓與電流參數(shù)

其他參數(shù)

這些電氣特性為工程師在設(shè)計(jì)電路時(shí)提供了重要的參考依據(jù)，確保芯片能夠在合適的條件下正常工作。

三、工作原理與模式

輸出調(diào)節(jié)

MAX1573 在低于漏失電壓時(shí)工作在 1x 模式，當(dāng)接近漏失電壓時(shí)切換到 1.5x 電荷泵模式，將 LED1 - LED4 中最低電壓調(diào)節(jié)至 150mV，即使在電池電壓很低的情況下也能保持 LED 亮度恒定。這種模式切換過程中不會(huì)出現(xiàn) LED 亮度變化，保證了顯示屏無閃爍。同時(shí)，切換方案具有低滯后特性，減少了在效率較低的 1.5x 模式下的工作時(shí)間。1x 模式幾乎不產(chǎn)生紋波，1.5x 模式通過控制傳輸電容的充電速率來調(diào)節(jié)輸出電壓，使開關(guān)頻率保持恒定，從而降低了輸入紋波和穩(wěn)定了噪聲頻譜。

軟啟動(dòng)

芯片內(nèi)置軟啟動(dòng)電路，用于限制開機(jī)時(shí)的浪涌電流。當(dāng)輸出電壓與輸入電壓相差較大時(shí)，輸出電容通過 DAC 斜坡電流源直接從輸入充電（無電荷泵作用），直到輸出電壓接近輸入電壓。此時(shí)，電荷泵判斷需要 1x 還是 1.5x 模式。在 1x 模式下，軟啟動(dòng)結(jié)束，進(jìn)入正常工作狀態(tài)；在 1.5x 模式下，軟啟動(dòng)持續(xù)到 LED1 - LED4 中最低電壓達(dá)到調(diào)節(jié)值。如果出現(xiàn)過載情況，軟啟動(dòng)每 2.1ms 重復(fù)一次。若輸出短路到地，MAX1573 的分?jǐn)?shù)切換技術(shù)會(huì)限制輸出電流。

真關(guān)機(jī)模式

當(dāng) EN1 和 EN2 接地時(shí)，MAX1573 進(jìn)入關(guān)機(jī)狀態(tài)。此時(shí)，電荷泵會(huì)檢查輸入電壓與輸出電壓的大小關(guān)系，并根據(jù)需要將傳輸電容節(jié)點(diǎn)短路到 IN 或 OUT。無論哪種情況，輸出都呈高阻抗?fàn)顟B(tài)。

熱關(guān)斷

芯片還具備熱關(guān)斷功能，當(dāng)溫度達(dá)到約 +160°C 時(shí)，熱限電路會(huì)關(guān)閉芯片。當(dāng)芯片冷卻約 20°C 后，重新開啟。

四、調(diào)光控制

使用 EN1 和 EN2 調(diào)光

可以將 EN1 和 EN2 輸入作為一個(gè) 2 位數(shù)字信號(hào)，用于控制開關(guān)、1/10、3/10 和滿電流。通過設(shè)置 RSET 電阻來編程滿電流水平。具體的 EN1/EN2 狀態(tài)與亮度、LED 電流的關(guān)系如下表所示：

使用 PWM 信號(hào)調(diào)光

直接 PWM 調(diào)光

將 EN2 用于關(guān)機(jī)控制，用 PWM 信號(hào)驅(qū)動(dòng) EN1。電流可以在 1/10 到滿值之間變化。典型工作特性中的波形顯示了調(diào)光的響應(yīng)時(shí)間。EN2 使芯片保持開啟狀態(tài)，消除了可能影響 PWM 控制的軟啟動(dòng)延遲，允許 PWM 頻率最高達(dá)到 50kHz。

濾波 PWM 調(diào)光

使用高頻 PWM 信號(hào)驅(qū)動(dòng) SET 引腳的 R - C - R 濾波器。0% 的 PWM 占空比對應(yīng) 18.7mA/LED，100% 的 PWM 占空比對應(yīng) 0mA/LED。當(dāng) PWM 頻率高于 5kHz 時(shí)，可以減小 C3 的值。

五、設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

輸入紋波

對于 LED 驅(qū)動(dòng)器，輸入紋波比輸出紋波更為重要。輸入紋波取決于電源的阻抗。可以在輸入端添加低通濾波器來進(jìn)一步降低輸入紋波。例如，使用 C - R - C 濾波器可以在驅(qū)動(dòng) 75mA 負(fù)載時(shí)將輸入紋波降低到小于 2mVP - P。另外，將 CIN 增加到 2.2μF 或 4.7μF 也可以分別獲得 17mVP - P 或 9mVP - P 的輸入紋波，同時(shí)僅略微增加電路板面積。1x 模式的輸入紋波始終非常低。

PCB 布局和布線

由于 MAX1573 是高頻開關(guān)電容電壓調(diào)節(jié)器，為了獲得最佳電路性能，應(yīng)使用實(shí)心接地層，并將 CIN 和 COUT 盡可能靠近 MAX1573 放置。同時(shí)，將它們的接地引腳靠近連接，并盡可能靠近 GND?？梢詤⒖?MAX1573 EV 套件的布局。在正常工作條件下，功耗較低。最大功耗發(fā)生在輸入電壓為 4.2V，且四個(gè) LED（VF = 4V）都以 30mA 電流驅(qū)動(dòng)時(shí)。

組件選擇

六、總結(jié)

MAX1573 以其高效、穩(wěn)定、靈活的驅(qū)動(dòng)特性以及完善的保護(hù)功能，成為了驅(qū)動(dòng)白光 LED 的理想選擇。無論是在降低功耗、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性還是在簡化電路設(shè)計(jì)方面，都表現(xiàn)出色。電子工程師們在設(shè)計(jì)相關(guān)電子設(shè)備時(shí)，可以充分考慮 MAX1573 的這些優(yōu)勢，根據(jù)具體的應(yīng)用需求進(jìn)行合理的電路設(shè)計(jì)和組件選擇。你在使用類似芯片時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。