深入解析MAX686：一款強(qiáng)大的DAC控制升壓/逆變LCD偏置電源芯片

在電子設(shè)備設(shè)計(jì)中，電源管理芯片的性能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率起著關(guān)鍵作用。今天，我們就來(lái)深入探討MAXIM公司的MAX686芯片，它是一款DAC控制的升壓/逆變LCD偏置電源芯片，具有諸多出色的特性，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。

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芯片概述

MAX686能夠?qū)⒄斎腚妷恨D(zhuǎn)換為最高 +27.5V 或 -27.5V 的正或負(fù)LCD偏置電壓。它采用了電流限制的脈沖頻率調(diào)制（PFM）控制方案，能在較寬的負(fù)載條件下實(shí)現(xiàn)高效率。其內(nèi)部集成了N溝道MOSFET開(kāi)關(guān)、可編程電流限制和6位數(shù)字 - 模擬轉(zhuǎn)換器（DAC），可對(duì)輸出電壓進(jìn)行數(shù)字調(diào)節(jié)。芯片采用小巧的16引腳QSOP封裝，尺寸與8引腳SO封裝相同，有助于節(jié)省電路板空間。

特性亮點(diǎn)

1. 內(nèi)部開(kāi)關(guān)與輸出電壓調(diào)節(jié)：內(nèi)部集成500mA、28V的N溝道開(kāi)關(guān)，無(wú)需外部FET，可將輸出電壓調(diào)節(jié)至 +27.5V 或 -27.5V，通過(guò)6位DAC控制輸出電壓，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)。
2. 高效率與高頻開(kāi)關(guān)：最高效率可達(dá)90%，開(kāi)關(guān)頻率最高可達(dá)300kHz，允許使用小型外部組件，進(jìn)一步節(jié)省空間。
3. 低功耗設(shè)計(jì)：典型靜態(tài)電流為65μA，關(guān)斷電流僅為1.5μA，有助于降低功耗，延長(zhǎng)電池壽命。
4. 其他特性：具備電源正常指示（Power-OK Indicator）功能，方便監(jiān)測(cè)電源狀態(tài)。

技術(shù)參數(shù)

絕對(duì)最大額定值

• 電壓方面：不同引腳對(duì)GND的電壓范圍有所不同，如VCC、ISET等引腳為 -0.3V 至 +6V，F(xiàn)B、REF等引腳為 -0.3V 至 (VCC + 0.3V) 等。
• 電流方面：LX引腳的灌電流最大為600mA，LCDON引腳的灌電流最大為10mA。
• 功耗與溫度范圍：在 (T_{A}=+70^{circ} C) 時(shí)，QSOP封裝的連續(xù)功率耗散為667mW，工作溫度范圍因型號(hào)而異，MAX686C/D為0°C 至 +70°C，MAX686EEE為 -40°C 至 +85°C，存儲(chǔ)溫度范圍為 -65°C 至 +160°C。

電氣特性

在 (V{C C}=V{D D}=V{I N}=+5 V) 、 (C{REF}=0.1 mu F) 、 (T{A}=0^{circ} C) 至 +85°C 的條件下（典型值在 (T{A}=+25^{circ} C) ），芯片的各項(xiàng)電氣參數(shù)表現(xiàn)良好。例如，電源電壓范圍為2.7V至5.5V，輸入電壓范圍為0.8V至VOUT，靜態(tài)電流典型值為65μA，關(guān)斷電流典型值為1.3μA等。

典型工作特性

通過(guò)一系列圖表展示了芯片在不同輸出電壓、輸入電壓和負(fù)載電流下的效率、最大輸出電流等特性。例如，在不同的輸入電壓和ISET設(shè)置下，芯片的效率隨負(fù)載電流的變化曲線，以及最大輸出電流隨輸入電壓的變化曲線等。這些特性曲線有助于工程師在實(shí)際設(shè)計(jì)中根據(jù)具體需求選擇合適的工作參數(shù)。

引腳功能

工作模式與控制方案

升壓控制方案（POL = GND）

通過(guò)峰值電流限制和一對(duì)單穩(wěn)態(tài)電路控制開(kāi)關(guān)。在導(dǎo)通周期內(nèi)，內(nèi)部開(kāi)關(guān)閉合，電感電流上升，直到達(dá)到最大導(dǎo)通時(shí)間（低輸入電壓時(shí)）或開(kāi)關(guān)峰值電流限制。導(dǎo)通周期結(jié)束后，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，電感通過(guò)二極管給輸出電容充電。根據(jù)輸出電壓的調(diào)節(jié)情況，決定是否開(kāi)始下一個(gè)導(dǎo)通周期。當(dāng)輸出電壓遠(yuǎn)低于調(diào)節(jié)值時(shí)，進(jìn)入初始上電模式，最小關(guān)斷時(shí)間增加到5μs以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)。

逆變控制方案（POL = VCC）

在逆變操作中，芯片將FB電壓調(diào)節(jié)到0V，誤差放大器極性反轉(zhuǎn)。對(duì)于負(fù)輸出電壓，最小關(guān)斷時(shí)間變?yōu)?.5μs。當(dāng)輸出電壓遠(yuǎn)低于調(diào)節(jié)值時(shí)，同樣進(jìn)入初始上電模式，最小關(guān)斷時(shí)間增加到5μs。

電源正常比較器

POK是電源正常比較器的輸入，比較器驅(qū)動(dòng)內(nèi)部N溝道MOSFET，其開(kāi)漏輸出LCDON可驅(qū)動(dòng)外部PNP晶體管或P溝道MOSFET，控制LCD的電源。當(dāng)POK電壓超過(guò)1.125V時(shí)，LCDON為低電平，打開(kāi)外部PNP晶體管；當(dāng)POK電壓低于1.125V時(shí)，關(guān)閉外部PNP晶體管，切斷LCD電源，保護(hù)LCD免受不當(dāng)電壓的損壞。

關(guān)斷模式

當(dāng)SHDN為低電平時(shí)，芯片進(jìn)入關(guān)斷模式，控制電路、POK比較器、DAC輸出緩沖器、參考和內(nèi)部偏置電路關(guān)閉。只要VCC高于DAC復(fù)位閾值，DAC設(shè)置就會(huì)被保存，此時(shí)電源電流降至1.5μA。在正輸出電壓配置下，輸出通過(guò)二極管和電感直接連接到輸入；在負(fù)輸出電壓配置下，輸入和輸出之間沒(méi)有直流路徑，輸出在關(guān)斷模式下降至GND。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

輸出電壓設(shè)置

• 使用DAC設(shè)置輸出電壓：對(duì)于正或負(fù)輸出電壓應(yīng)用，可使用三個(gè)外部電阻（R1、R2和R3）設(shè)置輸出電壓。通過(guò)計(jì)算電阻值來(lái)確定最小和最大輸出電壓，并根據(jù)DAC輸出電壓的變化調(diào)整輸出電壓。
• 不使用DAC設(shè)置輸出電壓：可僅使用兩個(gè)外部電阻（R1和R2）設(shè)置輸出電壓，根據(jù)輸出電壓的正負(fù)選擇不同的電路連接方式和計(jì)算方法。

峰值電感電流限制設(shè)置

通過(guò)連接ISET到VCC或GND選擇500mA或250mA的電流限制。較高的電流限制可提供更高的輸出電流能力，適用于高輸出電流應(yīng)用；較低的電流限制可節(jié)省電路板面積和成本，減少輸出紋波。

組件選擇

• 電感：推薦使用22μH的電感，電感應(yīng)具有鐵氧體磁芯，增量飽和額定值應(yīng)超過(guò)所選電流限制，直流電阻應(yīng)低于200mΩ。
• 二極管：建議使用肖特基二極管，如1N5818或MBR0530L，確保二極管的峰值電流額定值超過(guò)ISET設(shè)置的峰值電流，擊穿電壓超過(guò)輸出電壓。
• 電容：輸出濾波電容應(yīng)具有低等效串聯(lián)電阻（ESR），輸入旁路電容可減少?gòu)碾妷涸醇橙〉姆逯惦娏骱烷_(kāi)關(guān)噪聲，REF引腳需根據(jù)電流大小選擇合適的旁路電容。此外，可在R2兩端并聯(lián)一個(gè)前饋電容（CF）來(lái)補(bǔ)償反饋回路，確保穩(wěn)定性。

應(yīng)用信息

• 使用電位器調(diào)節(jié)輸出電壓：可使用電位器代替DAC調(diào)節(jié)輸出電壓，連接方式和設(shè)計(jì)方程與使用DAC時(shí)相同。
• 使用POK和LCDON控制LCD：POK和LCDON可用于多種應(yīng)用，如確保關(guān)機(jī)時(shí)正升壓輸出為0V、輸入電壓感應(yīng)切斷和輸出電壓感應(yīng)切斷等。
• 連接VIN到VCC：MAX686和電感可由同一電源供電，但為確保穩(wěn)定性，VCC應(yīng)通過(guò)100Ω電阻連接到電源，并使用1μF陶瓷電容旁路。

布局注意事項(xiàng)

由于芯片存在高電流和快速開(kāi)關(guān)波形，會(huì)輻射噪聲，因此正確的PCB布局至關(guān)重要。建議使用MAX686評(píng)估套件或等效的基于PCB的設(shè)計(jì)進(jìn)行初始原型制作，避免使用面包板或原型板。應(yīng)將GND引腳、輸入旁路電容接地引線和輸出濾波電容接地引線連接到單點(diǎn)（星型接地配置），以最小化接地噪聲并提高調(diào)節(jié)性能。同時(shí)，應(yīng)盡量縮短引線長(zhǎng)度，減少雜散電容、走線電阻和輻射噪聲，優(yōu)先考慮反饋電路、接地電路和LX引腳。

綜上所述，MAX686芯片以其豐富的功能和出色的性能，為電子工程師在設(shè)計(jì)LCD偏置電源時(shí)提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體需求合理選擇組件和設(shè)置參數(shù)，注意PCB布局，以充分發(fā)揮芯片的優(yōu)勢(shì)。你在使用MAX686芯片時(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。