探索MAX1578/MAX1579：小尺寸TFT顯示屏的理想電源解決方案

在當(dāng)今的電子設(shè)備設(shè)計(jì)中，小尺寸TFT顯示屏的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，如PDA、智能手機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等。而對(duì)于這些設(shè)備，如何為顯示屏提供穩(wěn)定、高效的電源是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。Maxim的MAX1578/MAX1579芯片為我們提供了一個(gè)出色的解決方案，下面就來(lái)詳細(xì)了解一下這兩款芯片。

文件下載：MAX1579.pdf

芯片概述

MAX1578/MAX1579專為滿足手持設(shè)備中小尺寸有源矩陣TFT - LCD顯示屏的所有電壓要求而設(shè)計(jì)，能夠提供四個(gè)穩(wěn)壓輸出。其輸入電壓范圍為2.7V至5.5V，采用了先進(jìn)的電荷泵和升壓轉(zhuǎn)換器技術(shù)，并且只需極少的外部組件，就可實(shí)現(xiàn)高效的電源供應(yīng)。該芯片采用了節(jié)省空間的24引腳4mm x 4mm薄型QFN封裝，非常適合對(duì)空間要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。

應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

MAX1578/MAX1579的應(yīng)用范圍十分廣泛，主要包括以下幾類：

1. PDA和掌上電腦：為這類設(shè)備的顯示屏提供穩(wěn)定的電源，確保顯示效果清晰、流暢。
2. 智能手機(jī)：滿足手機(jī)小尺寸TFT顯示屏的供電需求，提升電池續(xù)航能力。
3. 互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備：如一些小型的智能終端設(shè)備，為其顯示屏提供高效的電源解決方案。
4. 帶白色LED背光的LCD顯示器：能夠驅(qū)動(dòng)白色LED實(shí)現(xiàn)均勻的背光照明。

芯片特性亮點(diǎn)

集成度高

將四個(gè)穩(wěn)壓器集成在一個(gè)封裝內(nèi)，包括三個(gè)用于LCD偏置電源的先進(jìn)電荷泵和一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)白色LED的升壓轉(zhuǎn)換器。這種高度集成的設(shè)計(jì)減少了外部組件的數(shù)量，降低了電路板的復(fù)雜度和成本。

偏置電源優(yōu)勢(shì)

• 電荷泵供電：通過(guò)電荷泵提供固定的+5V、+15V和 - 10V電壓，分別用于源極驅(qū)動(dòng)器、VON和VOFF。其中+5V輸出由一個(gè)高效的分?jǐn)?shù)（1.5x/2x）電荷泵和一個(gè)低壓差線性穩(wěn)壓器提供，能夠自動(dòng)切換模式以實(shí)現(xiàn)最高的轉(zhuǎn)換效率。
• 無(wú)需外部二極管：獨(dú)特的設(shè)計(jì)使得電荷泵無(wú)需外部二極管，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。
• 輸出排序：在啟動(dòng)和關(guān)閉過(guò)程中，輸出電壓按照特定的順序進(jìn)行切換，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在關(guān)閉時(shí)，輸出會(huì)自動(dòng)放電至零，保護(hù)設(shè)備安全。

LED背光電源出色

• 高效驅(qū)動(dòng)：采用內(nèi)部MOSFET、1MHz升壓轉(zhuǎn)換器，能夠以恒定電流驅(qū)動(dòng)多達(dá)8個(gè)串聯(lián)的白色LED，為顯示屏提供均勻的背光照明。串聯(lián)連接方式保證了LED電流相同，實(shí)現(xiàn)了均勻的亮度，同時(shí)減少了連接到LED的走線數(shù)量。
• 溫度保護(hù)：MAX1579具備溫度降額功能，可避免在高溫環(huán)境下過(guò)度驅(qū)動(dòng)白色LED。在低于+42°C時(shí)，能夠提供更高的驅(qū)動(dòng)電流，提高了顯示屏在不同溫度環(huán)境下的可靠性。
• 調(diào)光控制靈活：支持PWM或模擬調(diào)光控制。通過(guò)將CTRL連接到0.24V至1.65V的輸入，可以設(shè)置外部LED的亮度；使用200Hz至200kHz的未濾波PWM調(diào)光信號(hào)驅(qū)動(dòng)CTRL，可使LED的直流電流與信號(hào)的占空比成正比。

高效節(jié)能

• 偏置電源效率：主電荷泵在特定條件下效率可達(dá)83%，正/負(fù)電荷泵效率高達(dá)97%。
• LED背光效率：在驅(qū)動(dòng)6個(gè)串聯(lián)LED、電流為20mA時(shí)，效率可達(dá)84%。

低電磁干擾

電荷泵采用獨(dú)特的時(shí)鐘方案和內(nèi)部驅(qū)動(dòng)器，消除了寄生充電電流毛刺，降低了最大輸入電流，從而減少了電磁輻射。

保護(hù)功能完善

• 過(guò)壓保護(hù)：當(dāng)OUT電壓超過(guò)34V時(shí)，MAX1578/MAX1579會(huì)關(guān)閉N溝道MOSFET；當(dāng)OUT電壓降至32V以下時(shí)，芯片重新進(jìn)入軟啟動(dòng)狀態(tài)。
• 熱關(guān)斷保護(hù)：當(dāng)芯片溫度超過(guò)+160°C時(shí)，會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，防止芯片過(guò)熱損壞。

低功耗設(shè)計(jì)

在關(guān)機(jī)模式下，靜態(tài)電流可降低至1μA，有效延長(zhǎng)了設(shè)備的電池續(xù)航時(shí)間。

電氣特性詳解

輸入電壓范圍

輸入電壓范圍為2.7V至5.5V，能夠適應(yīng)多種電源供應(yīng)，如鋰電池等。

欠壓鎖定（UVLO）

當(dāng)輸入電壓低于2.35V（典型值）時(shí)，UVLO功能會(huì)禁用LED升壓轉(zhuǎn)換器和電荷泵；當(dāng)輸入電壓上升到2.35V以上，且VCTRL和VONBIAS為高電平時(shí)，升壓轉(zhuǎn)換器和電荷泵將被啟用。

靜態(tài)電流

在開關(guān)模式下，輸入靜態(tài)電流典型值為3mA；在關(guān)機(jī)模式下，靜態(tài)電流可低至1μA。

輸出電壓

• 主輸出（MAIN）：通過(guò)主電荷泵和低壓差線性穩(wěn)壓器提供穩(wěn)定的+5V輸出，最大輸出電流可達(dá)25mA。
• 正輸出（POS）：由正電荷泵產(chǎn)生+15V輸出，輸出電流為100μA。
• 負(fù)輸出（NEG）：負(fù)電荷泵提供 - 10V輸出，輸出電流為100μA。

LED驅(qū)動(dòng)

• 效率：在驅(qū)動(dòng)6個(gè)串聯(lián)LED、電流為20mA時(shí)，效率可達(dá)84%。
• 輸出電壓調(diào)節(jié)：通過(guò)調(diào)節(jié)CS引腳的電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)LED電流的恒定控制。

典型工作特性

LED效率與輸入電壓和電流的關(guān)系

從典型工作特性曲線可以看出，LED效率與輸入電壓和LED電流密切相關(guān)。在一定范圍內(nèi)，隨著輸入電壓的增加，LED效率會(huì)有所提高；而LED電流越大，效率也會(huì)相應(yīng)提升，但當(dāng)電流過(guò)大時(shí)，效率可能會(huì)下降。

LED電流與溫度和控制電壓的關(guān)系

LED電流會(huì)隨著溫度的升高而發(fā)生變化，MAX1579的溫度降額功能可以有效保護(hù)LED。同時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)CTRL引腳的電壓，可以精確控制LED的電流，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示屏亮度的調(diào)節(jié)。

引腳功能說(shuō)明

MAX1578/MAX1579采用24引腳薄型QFN封裝，各引腳功能如下：

1. 電源和接地引腳：IN為電源輸入引腳，GND和PGND為接地引腳，VDD為穩(wěn)壓主電荷泵輸出引腳。
2. 電荷泵相關(guān)引腳：C1N、C2N、C1P、C2P為電荷泵電容連接引腳，MAIN、POS、NEG為電荷泵輸出引腳，ONBIAS為邏輯輸入引腳，用于啟用或禁用電荷泵。
3. LED驅(qū)動(dòng)相關(guān)引腳：COMP為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)器補(bǔ)償引腳，CS為電流感測(cè)反饋輸入引腳，CTRL為L(zhǎng)ED亮度控制輸入引腳，OUT為過(guò)壓感測(cè)輸入引腳，LX為電感連接引腳。

應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

調(diào)整LED電流

通過(guò)在CS引腳和地之間連接一個(gè)電阻來(lái)設(shè)置最大LED電流。對(duì)于MAX1578，計(jì)算公式為 (R{CS}=frac{330 mV}{I{LED}})；對(duì)于MAX1579，計(jì)算公式為 (R{CS}=frac{340 mV}{I{LED}})，其中 (I_{LED}) 是當(dāng)VCTRL為1.65V時(shí)，期望通過(guò)LED的最大電流。

LED調(diào)光控制

• 使用DAC調(diào)光：通過(guò)DAC輸出0.24V至1.65V的電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)CTRL引腳，從而控制LED的亮度。CS引腳的電壓會(huì)調(diào)節(jié)到VCTRL的20%，以控制通過(guò)LED的電流。
• 直接PWM調(diào)光：將邏輯電平的PWM信號(hào)直接應(yīng)用到CTRL引腳，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?qū)崿F(xiàn)對(duì)LED的直流電流控制，無(wú)需額外的RC濾波器。

輸入/輸出紋波控制

輸入紋波取決于電源的輸出阻抗，可以通過(guò)在輸入端添加低通濾波器或增加輸入電容（如將CIN增加到10μF）來(lái)降低輸入紋波。同樣，輸出濾波器或更高的輸出電容值可以減少輸出紋波。

元件選擇

• 電容選擇：建議使用具有X5R、X7R或更好電介質(zhì)的低ESR陶瓷電容，并將這些電容盡可能靠近IC放置，以確保在寬溫度范圍內(nèi)的穩(wěn)定性。
• 電感選擇：推薦的電感值范圍為10μH至47μH，22μH的電感在大多數(shù)應(yīng)用中能優(yōu)化效率，同時(shí)保持較低的15mVP - P輸入紋波。在輸入電壓接近5V時(shí)，較大的電感值可能更高效。要確保電感的飽和電流額定值超過(guò)應(yīng)用中的峰值電感電流。
• 肖特基二極管選擇：MAX1578/MAX1579需要一個(gè)高速整流二極管（D1），推薦使用肖特基二極管，因?yàn)樗哂锌焖俚幕謴?fù)時(shí)間和較低的正向電壓降。要確保二極管的平均和峰值電流額定值分別超過(guò)平均輸出電流和峰值電感電流，并且二極管的反向擊穿電壓必須超過(guò)OUT引腳的電壓。

PCB布局和布線

由于存在快速開關(guān)波形，需要進(jìn)行精心的PCB布局。評(píng)估套件（MAX1578EVKIT）可用于加速設(shè)計(jì)。布局時(shí)，應(yīng)盡量減小IC與R1、電感、二極管、輸入電容和輸出電容之間的走線長(zhǎng)度，保持走線短、直且寬。將嘈雜的走線（如LX節(jié)點(diǎn)走線）遠(yuǎn)離CS引腳。IN旁路電容（CIN）應(yīng)盡可能靠近IC放置，電荷泵的傳輸電容應(yīng)盡可能靠近IC。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。

總結(jié)

MAX1578/MAX1579是一款性能卓越的小尺寸TFT顯示屏電源解決方案，具有高度集成、高效節(jié)能、保護(hù)功能完善等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，電子工程師需要根據(jù)具體需求合理選擇元件，精心設(shè)計(jì)PCB布局，以充分發(fā)揮芯片的性能。同時(shí)，通過(guò)靈活運(yùn)用LED調(diào)光控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示屏亮度的精確調(diào)節(jié)，滿足不同場(chǎng)景的使用需求。大家在使用過(guò)程中遇到任何問(wèn)題，歡迎在評(píng)論區(qū)交流討論。