MAX1561/MAX1599：高效26V升壓轉(zhuǎn)換器為白色LED照明助力

在當(dāng)今的電子設(shè)備中，白色LED的應(yīng)用越來越廣泛，比如手機(jī)、PDA等手持設(shè)備的背光照明。而MAXIM推出的MAX1561/MAX1599高效26V升壓轉(zhuǎn)換器，為這些設(shè)備中的白色LED驅(qū)動(dòng)提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。接下來，我們就詳細(xì)探討一下這款轉(zhuǎn)換器。

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一、產(chǎn)品概述

MAX1561/MAX1599能夠以恒定電流驅(qū)動(dòng)多達(dá)6個(gè)白色LED，為手機(jī)、PDA等手持設(shè)備提供背光照明。其升壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)湓试S白色LED串聯(lián)連接，這樣每個(gè)LED的電流都相同，從而保證了均勻的亮度。這種配置不僅省去了鎮(zhèn)流電阻，還無需進(jìn)行昂貴的工廠校準(zhǔn)。

該轉(zhuǎn)換器集成了一個(gè)內(nèi)部高壓、低RDS(ON)的N溝道MOSFET開關(guān)，這有助于提高效率并延長(zhǎng)電池使用壽命。僅需一個(gè)Dual Mode?輸入，就能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的亮度調(diào)節(jié)和開關(guān)控制?？焖俚?MHz（MAX1599為500kHz）電流模式、脈寬調(diào)制（PWM）操作，使得在使用小尺寸的輸入和輸出電容以及小電感的同時(shí)，還能將輸入電源/電池上的紋波降至最低。此外，可編程軟啟動(dòng)功能消除了啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流。兩款器件均采用節(jié)省空間的8引腳3mm x 3mm薄型DFN封裝，并帶有裸露焊盤（EP）。

二、產(chǎn)品特性

2.1 精準(zhǔn)電流調(diào)節(jié)

能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)的電流調(diào)節(jié)，為L(zhǎng)ED提供均勻的照明，避免出現(xiàn)亮度不一致的情況。這對(duì)于對(duì)顯示效果要求較高的設(shè)備來說至關(guān)重要。

2.2 高效率轉(zhuǎn)換

高達(dá)87%的效率，有效降低了功耗，延長(zhǎng)了電池的使用時(shí)間。在如今追求長(zhǎng)續(xù)航的手持設(shè)備市場(chǎng)中，這一特性無疑是一大亮點(diǎn)。

2.3 靈活調(diào)光控制

支持靈活的模擬或PWM調(diào)光控制，用戶可以根據(jù)實(shí)際需求輕松調(diào)整LED的亮度。無論是在強(qiáng)光環(huán)境下需要提高亮度，還是在夜間需要降低亮度以保護(hù)眼睛，都能輕松實(shí)現(xiàn)。

2.4 高輸出功率

內(nèi)部集成30V MOSFET開關(guān)，可提供高達(dá)900mW的輸出功率，能夠滿足多個(gè)LED同時(shí)工作的需求。

2.5 快速PWM操作

MAX1561采用1MHz的PWM操作頻率，MAX1599為500kHz，快速的操作頻率使得在使用小尺寸的外部組件時(shí)，也能有效降低輸入和輸出紋波。

2.6 寬輸入電壓范圍

輸入電壓范圍為2.6V至5.5V，能夠適應(yīng)多種電源供電，增加了產(chǎn)品的適用性。

2.7 過壓保護(hù)

具備過壓保護(hù)功能，當(dāng)輸出電壓超過26V（最大值）時(shí)，能夠自動(dòng)保護(hù)設(shè)備，避免因過壓而損壞。

2.8 軟啟動(dòng)功能

軟啟動(dòng)功能可以逐漸點(diǎn)亮LED，消除啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流，保護(hù)LED和其他電路組件，延長(zhǎng)其使用壽命。

2.9 低關(guān)機(jī)電流

關(guān)機(jī)電流僅為0.3μA，大大降低了設(shè)備在不工作時(shí)的功耗，進(jìn)一步節(jié)省了能源。

2.10 小尺寸封裝

采用8引腳3mm x 3mm的薄型DFN封裝，節(jié)省了電路板空間，非常適合對(duì)空間要求較高的手持設(shè)備。

三、電氣特性

3.1 電源電壓與啟動(dòng)閾值

電源電壓范圍為2.6V至5.5V，欠壓鎖定（UVLO）閾值在2.10V至2.55V之間，具有40mV的滯后。這確保了設(shè)備在合適的電壓范圍內(nèi)穩(wěn)定啟動(dòng)和工作。

3.2 靜態(tài)電流與關(guān)機(jī)電流

在無開關(guān)操作時(shí)，靜態(tài)電流典型值為0.38mA；關(guān)機(jī)狀態(tài)下，在不同溫度條件下，關(guān)機(jī)電源電流有所不同，在+25°C時(shí)為0.3μA，+85°C時(shí)最大為2μA。如此低的關(guān)機(jī)電流，對(duì)于需要長(zhǎng)時(shí)間待機(jī)的設(shè)備來說非常重要。

3.3 過壓鎖定閾值

過壓鎖定（OVLO）閾值在26V至29V之間，當(dāng)輸出電壓超過該閾值時(shí)，設(shè)備會(huì)啟動(dòng)保護(hù)機(jī)制，停止內(nèi)部MOSFET的開關(guān)操作，確保設(shè)備安全。

3.4 輸出電壓與誤差放大器特性

輸出電壓范圍與輸入電壓和二極管正向壓降有關(guān)，誤差放大器在不同條件下，對(duì)CTRL到CS的調(diào)節(jié)、CS輸入偏置電流、CTRL輸入電阻、CTRL雙模式閾值和滯回等都有相應(yīng)的參數(shù)規(guī)定，這些參數(shù)保證了設(shè)備在不同工作狀態(tài)下的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

3.5 振蕩器特性

MAX1561的工作頻率為0.80MHz至1.25MHz，MAX1599為0.4MHz至0.6MHz，最小占空比為12%，最大占空比在特定條件下可達(dá)91%至94%。合適的工作頻率和占空比范圍，使得設(shè)備能夠根據(jù)實(shí)際負(fù)載情況進(jìn)行靈活調(diào)整。

3.6 N溝道開關(guān)特性

LX導(dǎo)通電阻在特定電流下典型值為1.45Ω，最大為2.25Ω；LX泄漏電流在不同溫度和電壓條件下有相應(yīng)的規(guī)定；LX電流限制在占空比為90%時(shí)，范圍為450mA至950mA。這些特性確保了N溝道開關(guān)的高效和穩(wěn)定工作。

四、典型工作特性

4.1 效率與各參數(shù)的關(guān)系

從效率與LED電流、電感、輸入電壓和LED數(shù)量的關(guān)系曲線可以看出，不同的參數(shù)組合會(huì)對(duì)效率產(chǎn)生影響。例如，在大多數(shù)應(yīng)用中，選擇22μH（MAX1599為47μH）的電感可以優(yōu)化效率，同時(shí)保持較低的輸入紋波。

4.2 LED電流與PWM調(diào)光占空比的關(guān)系

LED電流與直接PWM調(diào)光占空比呈線性關(guān)系，0%占空比對(duì)應(yīng)零電流，100%占空比對(duì)應(yīng)滿電流。這使得通過PWM信號(hào)可以方便地控制LED的亮度。

4.3 輸入紋波與電感的關(guān)系

輸入紋波與電感值有關(guān)，合適的電感值可以將輸入紋波控制在較低水平，一般在15mVP - P左右。

4.4 開關(guān)波形與響應(yīng)特性

開關(guān)波形展示了設(shè)備在工作過程中的電壓和電流變化情況，包括CTRL階躍響應(yīng)、軟啟動(dòng)和關(guān)機(jī)、線路瞬態(tài)響應(yīng)以及直接PWM調(diào)光等特性。這些特性有助于工程師了解設(shè)備的動(dòng)態(tài)性能，以便進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

五、引腳說明

5.1 OUT引腳

用于過壓檢測(cè)，當(dāng)輸出電壓VouT大于27V時(shí)，內(nèi)部N溝道MOSFET關(guān)閉，直到VouT降至25V以下，設(shè)備重新進(jìn)入軟啟動(dòng)狀態(tài)。同時(shí)，需要從OUT引腳到PGND連接一個(gè)0.1uF的電容。

5.2 IN引腳

輸入電壓源，輸入電壓范圍為2.6V至5.5V，需從IN引腳到PGND連接一個(gè)2.2uF的電容，以穩(wěn)定輸入電壓。

5.3 CTRL引腳

亮度控制輸入引腳，通過施加在該引腳上的電壓來控制LED的亮度。電壓從0.24V變化到1.62V時(shí)，LED亮度從暗變亮，超過1.62V亮度不再增加。如果該引腳電壓低于100mV超過8.2ms（MAX1599為16.4ms），設(shè)備將進(jìn)入關(guān)機(jī)狀態(tài)。

5.4 CS引腳

電流感應(yīng)反饋輸入引腳，通過連接一個(gè)電阻從CS到GND來設(shè)置LED偏置電流，CS引腳的電壓會(huì)調(diào)節(jié)到VCTRL / 10或0.162V中的較低值。

5.5 COMP引腳

補(bǔ)償輸入引腳，需要從COMP到GND連接一個(gè)0.1uF的電容（CcOMP），該電容用于穩(wěn)定轉(zhuǎn)換器并控制軟啟動(dòng)。在關(guān)機(jī)狀態(tài)下，CcOMP會(huì)放電到GND。

5.6 GND和PGND引腳

接地引腳，需要直接連接到IC下方的裸露焊盤和彼此，以確保良好的接地。

5.7 LX引腳

電感連接引腳，在關(guān)機(jī)狀態(tài)下該引腳為高阻抗。

5.8 裸露焊盤（EP）

接地引腳，需直接連接到IC下方的GND和PGND。

六、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

6.1 調(diào)整LED電流

通過模擬輸入（CTRL）和感測(cè)電阻值來設(shè)置輸出電流，公式為 (LED =frac{V{CTRL }}{10 × R{SENSE }})。為了設(shè)置最大電流，當(dāng)VCTRL達(dá)到最大值時(shí)，可通過公式 (R_{SENSE }=frac{1.62 V}{10 × LED(MAX)}) 計(jì)算感測(cè)電阻值。通常，感測(cè)電阻的功耗小于5mW，使用標(biāo)準(zhǔn)的貼片電阻即可。

6.2 PWM調(diào)光控制

CTRL引腳也可作為數(shù)字輸入，通過直接施加邏輯電平的PWM信號(hào)到該引腳來控制LED的亮度。PWM信號(hào)的頻率范圍為200Hz至200kHz，0%占空比對(duì)應(yīng)零電流，100%占空比對(duì)應(yīng)滿電流。誤差放大器和補(bǔ)償電容形成一個(gè)低通濾波器，使得PWM調(diào)光能夠?yàn)長(zhǎng)ED提供直流電流，無需額外的RC濾波器。

6.3 電容選擇

輸入電容的典型值為2.2μF，輸出電容的典型值為0.1μF。雖然可以使用更大值的電容來降低輸入和輸出紋波，但會(huì)增加尺寸和成本。CCOMP電容用于穩(wěn)定轉(zhuǎn)換器和控制軟啟動(dòng)，需連接一個(gè)0.1μF的電容從COMP到GND，并且為了保證穩(wěn)定運(yùn)行，COUT不能超過CCOMP的10倍。

6.4 電感選擇

電感值范圍為10μH至47μH，對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，選擇22μH（MAX1599為47μH）的電感可以優(yōu)化效率，同時(shí)保持較低的15mVP - P輸入紋波。當(dāng)輸入電壓接近5V時(shí)，使用較大值的電感可能會(huì)更高效。為了防止磁芯飽和，電感的飽和電流額定值必須超過應(yīng)用中的峰值電感電流，可通過公式 (P{EAK }=frac{V{OUT(MAX) } × I{LED(MAX) }}{0.8 × V{IN(MIN) }}+frac{V_{IN(MIN)} × 0.8 mu s}{2 × L}) 計(jì)算峰值電感電流。

6.5 肖特基二極管選擇

由于MAX1561/MAX1599的開關(guān)頻率較高，需要使用高速整流二極管（D1）以實(shí)現(xiàn)最佳效率。建議使用肖特基二極管，因?yàn)槠渚哂锌焖倩謴?fù)時(shí)間和低正向壓降。二極管的平均和峰值電流額定值必須超過平均輸出電流和峰值電感電流，并且其反向擊穿電壓必須超過輸出電壓。RMS二極管電流可通過公式 (DIODE(RMS) cong sqrt{OUT } × I_{PEAK }) 計(jì)算。

七、應(yīng)用注意事項(xiàng)

7.1 PCB布局

由于存在快速開關(guān)波形和高電流路徑，需要進(jìn)行精心的PCB布局?？梢允褂迷u(píng)估套件（MAX1561EVKIT）來加快設(shè)計(jì)進(jìn)程，MAX1599樣品需單獨(dú)訂購(gòu)。在布局時(shí)，要盡量減小IC與感測(cè)電阻、電感、二極管、輸入電容和輸出電容之間的走線長(zhǎng)度，走線應(yīng)短、直且寬。要將嘈雜的走線（如LX節(jié)點(diǎn)走線）與CS引腳保持距離，IN旁路電容（CIN）應(yīng)盡可能靠近IC放置。PGND和GND應(yīng)直接連接到IC下方的裸露焊盤，CIN和COUT的接地連接應(yīng)盡可能靠近。從IN到電感以及從肖特基二極管到LED的走線可以適當(dāng)長(zhǎng)一些。

7.2 芯片與封裝信息

該芯片的晶體管數(shù)量為2895，采用BiCMOS工藝。封裝方面，采用3x3x0.80mm的TDFN封裝，帶有裸露焊盤，具體的封裝尺寸和相關(guān)參數(shù)可以參考數(shù)據(jù)手冊(cè)或訪問www.maxim - ic.com/packages獲取最新信息。

總之，MAX1561/MAX1599升壓轉(zhuǎn)換器憑借其高效、小尺寸、功能豐富等優(yōu)點(diǎn)，為白色LED驅(qū)動(dòng)提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇和調(diào)整各種參數(shù)，注意PCB布局等細(xì)節(jié)，以充分發(fā)揮該轉(zhuǎn)換器的性能。大家在使用過程中遇到過哪些問題或者有什么獨(dú)特的設(shè)計(jì)思路呢？歡迎在評(píng)論區(qū)交流討論。