高效LED升壓電流調(diào)節(jié)器MAX1698/MAX1698A：設(shè)計與應(yīng)用解析

在當(dāng)今的電子設(shè)備中，LED 作為高效且可靠的光源，被廣泛應(yīng)用于各類顯示和照明場景。MAXIM 推出的 MAX1698 和 MAX1698A 高效升壓電流調(diào)節(jié)器，為 LED 驅(qū)動提供了出色的解決方案。本文將深入探討這兩款器件的特點、應(yīng)用、設(shè)計要點等內(nèi)容，希望能為電子工程師們在實際設(shè)計中提供有價值的參考。

文件下載：MAX1698.pdf

一、器件概述

MAX1698 和 MAX1698A 是專為白色或彩色 LED 設(shè)計的高效驅(qū)動器，尤其適用于 PDA 和筆記本電腦的大型 LED 背光顯示。與熒光燈（CCFL）和電致發(fā)光燈（EL）相比，它們具有諸多優(yōu)勢，如設(shè)計更簡單、成本更低、效率更高、燈泡壽命更長以及可靠性更強。

這兩款器件是開關(guān)模式升壓控制器，其獨特之處在于調(diào)節(jié)的是 LED 電流而非輸出電壓。通過一個典型值為 15Ω 的檢測電阻來測量電流，而非昂貴的分?jǐn)?shù)歐姆值電阻。LED 電流控制和調(diào)光可通過調(diào)節(jié)輸入（ADJ）實現(xiàn)。對于更大的光輸出，多個 LED 組可以并聯(lián)連接，總輸出功率可達(dá) 5W。

MAX1698A 在 5W 或更高功率應(yīng)用中，具有比 MAX1698 更高且更精確指定的 CS 電流限制。它們均采用節(jié)省空間的 10 引腳 μMAX 封裝，占用空間僅為 8 引腳 SO 封裝的一半，并且還提供評估套件（MAX1698EVKIT）以加速設(shè)計過程。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

• 電池供電背光應(yīng)用：如 LCD 面板背光，為各類便攜式設(shè)備提供穩(wěn)定的背光支持。
• 筆記本電腦：滿足筆記本電腦顯示屏對高亮度、高效率背光的需求。
• 手持終端和 PDA：為這些設(shè)備的屏幕提供可靠的照明，確保清晰顯示。

三、器件特性

• 高效率：效率超過 90%，能有效降低功耗，延長電池續(xù)航時間。
• 無損、可調(diào) LED 亮度：通過 ADJ 引腳可動態(tài)調(diào)整 LED 亮度，且不會造成額外的能量損失。
• 節(jié)省空間的封裝：10 引腳 μMAX 封裝，適合對空間要求較高的設(shè)計。
• 簡單、低成本、高可靠性：相比 CCFL 或 EL 背光，具有明顯的優(yōu)勢。
• 高輸出功率：總輸出功率可達(dá) 5W，能滿足多種應(yīng)用場景的需求。

四、電氣特性

（一）絕對最大額定值

（二）電氣參數(shù)

在不同的工作條件下，器件的各項電氣參數(shù)表現(xiàn)穩(wěn)定。例如，在 (V{CC}=+3.3V)，(T{A}=0^{circ}C) 至 +85°C 的條件下，電源電壓范圍為 2.7V 至 5.5V，靜態(tài)電源電流典型值為 260μA 等。具體參數(shù)可參考文檔中的詳細(xì)表格。

五、引腳說明

六、設(shè)計要點

（一）設(shè)置最大 LED 電流

通過電阻 RFB 可設(shè)置主 LED 鏈中的最大電流，計算公式為 (R{FB}=frac{300 mV}{I{LEDMAX }})，其中 (I_{LEDMAX}) 為最大 LED 電流。

（二）調(diào)節(jié) LED 電流

RFB 設(shè)置了最大 LED 電流，該電流可根據(jù) ADJ 引腳的電壓成比例降低。計算公式為 (ILED =frac{V{ADJ}}{4.16 cdot R{FB}})，其中 (V_{ADJ}) 是 ADJ 引腳的電壓。需要注意的是，ADJ 電壓低于 50mV 時，LED 將關(guān)閉。

（三）電感選擇

應(yīng)選擇直流電阻低（約 100mΩ）的電感以減少損耗。典型電感值為 10μH，3.3μH 至 100μH 的電感也可使用。較高的電感值會降低 MAX1698 的開關(guān)頻率，典型工作頻率計算公式為 (f=frac{0.67 cdot V_{B A T T}}{L})。此外，MAX1698/MAX1698A 將電感峰值電流限制在 1.5A，對于給定的輸出功率，所需的電感峰值電流額定值約為 (IL(PEAK)=1.0 cdot POUT)，其中 (Pout) 是所有 LED 組的輸出功率（單位：瓦），(IL(PEAK)) 單位為安培。

（四）電容選擇

輸出電容的具體值并非關(guān)鍵，典型值為 0.1μF 至 10μF。較大的值有助于減少輸出紋波，但會增加尺寸和成本。輸入電容的要求取決于輸入電壓源的類型，在許多應(yīng)用中，輸入和輸出電容可使用相同類型和值的電容。

（五）晶體管選擇

MAX1698/MAX1698A 驅(qū)動外部 N 溝道 MOSFET。由于柵極驅(qū)動電壓來自 VCC，因此使用低閾值 NFET 并在 VCC 或更低的柵源電壓（VGS）下指定導(dǎo)通電阻，可獲得最佳性能。為獲得最佳效果，應(yīng)盡量減小 FET 的 (R{DS(ON)})，且外部 NFET 的最大漏源電壓（(V{DS(MAX)})）必須超過輸出電壓。

（六）續(xù)流二極管（D1）選擇

由于 MAX1698/MAX1698A 的開關(guān)頻率較高，需要高速整流二極管。肖特基二極管因其快速恢復(fù)時間和低正向壓降，在大多數(shù)應(yīng)用中被推薦使用。要確保二極管的平均和峰值電流額定值分別超過平均輸出電流和電感峰值電流，并且二極管的反向擊穿電壓必須超過 (V_{OUT})。對于輸出電壓超過 40V 的情況，可能需要使用高速硅整流二極管以獲得更高的擊穿電壓。

（七）齊納二極管

在需要對主 LED 鏈中的一個 LED 開路進行保護的應(yīng)用中，可添加齊納二極管。齊納二極管可在電流反饋信號丟失時保護 MOSFET 和輸出電容，其齊納電壓應(yīng)至少比 LED 網(wǎng)絡(luò)的最大正向電壓高 2V。

七、PCB 布局

由于存在快速開關(guān)波形和大電流路徑，需要進行精心的 PCB 布局。評估時不應(yīng)使用實驗板和繞線板，可使用 EV 套件（MAX1698EVKIT）輔助設(shè)計。布局時，應(yīng)盡量減小到 CS、電感、二極管、輸入電容和輸出電容的走線長度，保持走線短、直且寬。將嘈雜的走線（如電感的走線）遠(yuǎn)離 FB。VCC 的旁路電容應(yīng)盡可能靠近 IC 放置。

八、總結(jié)

MAX1698 和 MAX1698A 作為高效的 LED 升壓電流調(diào)節(jié)器，具有諸多優(yōu)點和豐富的特性，適用于多種 LED 驅(qū)動應(yīng)用。在設(shè)計過程中，工程師們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇和設(shè)置各個參數(shù)，同時注意 PCB 布局等細(xì)節(jié)，以確保器件的性能和穩(wěn)定性。希望本文的介紹能幫助大家更好地理解和應(yīng)用這兩款器件，在實際設(shè)計中取得理想的效果。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。