MAX25610A/MAX25610B：同步降壓和升降壓LED驅(qū)動(dòng)器/DC - DC轉(zhuǎn)換器的深度剖析

一、引言

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)中，LED驅(qū)動(dòng)器和DC - DC轉(zhuǎn)換器是常見(jiàn)的設(shè)計(jì)元素。今天我們要深入探討的是Maxim Integrated推出的MAX25610A/MAX25610B同步降壓和升降壓LED驅(qū)動(dòng)器/DC - DC轉(zhuǎn)換器。這款產(chǎn)品在汽車(chē)和工業(yè)照明等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，下面我們就來(lái)詳細(xì)了解它的各項(xiàng)特性和設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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二、產(chǎn)品概述

2.1 基本功能

MAX25610A/MAX25610B是全同步LED驅(qū)動(dòng)器，能夠?yàn)榇蠊β蔐ED提供恒定輸出電流。它集成了兩個(gè)60mΩ功率MOSFET用于同步操作，大大減少了外部組件的使用。其靈活的配置支持降壓、反相降壓 - 升壓和升壓轉(zhuǎn)換，采用電流模式控制，具有快速瞬態(tài)響應(yīng)和易于環(huán)路穩(wěn)定的特點(diǎn)。

2.2 保護(hù)特性

該產(chǎn)品具備多種保護(hù)功能，如逐周期電流限制、輸出過(guò)壓保護(hù)（OVP）、開(kāi)路保護(hù)、輸出短路保護(hù)（SCP）和熱關(guān)斷等，這些保護(hù)特性有效提高了系統(tǒng)的可靠性。

2.3 調(diào)光功能

在LED驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中，可通過(guò)REFI引腳進(jìn)行模擬調(diào)光，通過(guò)PWMDIM引腳進(jìn)行PWM調(diào)光。當(dāng)PWMDIM為高電平時(shí)，開(kāi)關(guān)開(kāi)啟；為低電平時(shí)，兩個(gè)MOSFET均關(guān)閉。同時(shí)，通過(guò)對(duì)PWMDIM引腳進(jìn)行模擬編程，可啟用內(nèi)置數(shù)字調(diào)光功能，調(diào)光頻率由PWMFRQ引腳選擇。

2.4 電壓調(diào)節(jié)器

產(chǎn)品包含兩個(gè)5V調(diào)節(jié)器，一個(gè)用于IC偏置、REFI和PWMFRQ編程，另一個(gè)用于模擬PWMDIM和FLT上拉。開(kāi)關(guān)頻率方面，MAX25610A內(nèi)部設(shè)定為400kHz，MAX25610B為2.2MHz，并且內(nèi)置擴(kuò)頻功能以降低EMI噪聲。支持外部和內(nèi)部電流檢測(cè)，LED電流精度分別為±3%和±6%。

2.5 應(yīng)用場(chǎng)景

非常適合需要高電壓輸入的汽車(chē)應(yīng)用，能承受高達(dá)40V的負(fù)載突降事件，也可作為DC - DC轉(zhuǎn)換器使用。產(chǎn)品采用熱增強(qiáng)型16引腳TSSOP - EP和16引腳TQFN封裝，工作溫度范圍為 - 40°C至 + 125°C，滿足汽車(chē)溫度要求。

三、電氣特性分析

3.1 輸入電源特性

輸入電源電壓范圍較寬，在降壓 - 升壓配置、外部數(shù)字模式PWM調(diào)光和內(nèi)部模擬模式PWM調(diào)光下，輸入電壓范圍為5V至36V；在降壓配置下，PWMDIM = INN，VINP = 12V時(shí)，輸入電壓范圍為8.3V至36V。靜態(tài)電流方面，不同條件下有所不同，如PWMDIM = INN，VINP = 36V時(shí)，靜態(tài)電流為5 - 7mA。UV鎖定在降壓模式和降壓 - 升壓模式下，上升和下降閾值也有明確規(guī)定。

3.2 開(kāi)關(guān)電流特性

MAX25610A和MAX25610B在不同的PWMDIM和VINP條件下，開(kāi)關(guān)電流有所差異。例如，PWMDIM = VEE，VINP = 12V時(shí)，MAX25610A的開(kāi)關(guān)電流為12 - 20mA，MAX25610B為35mA。

3.3 其他特性

在PWM調(diào)光方面，斜坡頻率可通過(guò)PWMFRQ引腳的外部RC設(shè)置，PWM頻率精度在理想外部電阻和電容條件下為 - 10%至 + 10%。模擬調(diào)光時(shí)，在不同的RREFI和輸入電壓條件下，電流調(diào)節(jié)有相應(yīng)的值?？刂骗h(huán)路中的誤差放大器跨導(dǎo)、斜率補(bǔ)償?shù)纫灿忻鞔_的參數(shù)。

四、引腳配置與功能

4.1 引腳布局

產(chǎn)品有TSSOP和TQFN兩種封裝，引腳配置各有特點(diǎn)。主要引腳包括PWMFRQ、LX、PWMDIM、COMP、INP、REFI、AGND、OUT、PGND、INN、BST、VEE、FLT、FB、VCC等。

4.2 引腳功能

• AGND：模擬地，用于連接控制環(huán)路補(bǔ)償和其他小信號(hào)組件，單點(diǎn)連接到PGND。
• VCC：主5V內(nèi)部LDO，需用最小0.1μF陶瓷電容旁路到AGND，最小1μF陶瓷電容旁路到PGND。
• PGND：功率接地參考節(jié)點(diǎn)，內(nèi)部連接到內(nèi)部低端功率MOSFET的源極。
• INP：輸入正電源，內(nèi)部連接到高端功率FET的漏極，需用陶瓷電容旁路到PGND。
• LX：開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)，需用寬走線連接輸出電感器，電感器應(yīng)盡量靠近引腳。
• BST：高端功率MOSFET的驅(qū)動(dòng)電壓，需連接0.1μF陶瓷電容到LX。
• FLT：低電平有效、開(kāi)漏故障指示輸出，可通過(guò)外部上拉電阻連接到外部電源，不用時(shí)可懸空。
• VEE：輔助5V調(diào)節(jié)器，需用最小1μF陶瓷電容旁路到INN。
• INN：輸入電源的接地端，用作降壓轉(zhuǎn)換器時(shí)連接到PGND。
• PWMDIM：調(diào)光控制輸入，可連接外部PWM信號(hào)進(jìn)行PWM調(diào)光，也可通過(guò)模擬電壓控制PWM調(diào)光。
• PWMFRQ：PWM調(diào)光功能的頻率編程，連接到從VCC到AGND的RC節(jié)點(diǎn)。
• FB：LED電流檢測(cè)輸入，可用于外部或內(nèi)部電流檢測(cè)配置。
• REFI：模擬調(diào)光控制輸入，不同模式下對(duì)LED電流有不同的調(diào)節(jié)方式。

五、功能操作原理

5.1 電流檢測(cè)模式

支持內(nèi)部和外部LED電流檢測(cè)。上電時(shí)，通過(guò)檢測(cè)FB引腳電壓確定電流檢測(cè)配置。外部檢測(cè)時(shí)，將FB引腳連接到與LED串串聯(lián)的外部檢測(cè)電阻；內(nèi)部檢測(cè)時(shí)，將FB引腳通過(guò)100kΩ電阻連接到VCC。

5.2 開(kāi)關(guān)操作

固定頻率振蕩器在每個(gè)時(shí)鐘周期開(kāi)始時(shí)開(kāi)啟內(nèi)部高端功率FET，電感器電流增加，直到內(nèi)部PWM比較器觸發(fā)關(guān)閉高端功率FET，隨后同步低端功率FET開(kāi)啟，直到下一個(gè)時(shí)鐘周期開(kāi)始。

5.3 調(diào)光操作

PWMDIM引腳用于LED電流的PWM調(diào)光，低電平時(shí)，高端和低端功率FET均關(guān)閉；高電平時(shí)，LED電流調(diào)節(jié)開(kāi)始，同時(shí)重啟內(nèi)部振蕩器。模擬編程PWMDIM引腳操作類(lèi)似，只是使用內(nèi)部PWM時(shí)鐘，調(diào)光頻率由PWMFRQ引腳選擇。

5.4 模式選擇

可工作在降壓和降壓 - 升壓或升壓兩種模式，通過(guò)連接不同阻值的電阻從VCC到PWMFRQ引腳來(lái)選擇。

六、保護(hù)功能詳解

6.1 熱保護(hù)

當(dāng)結(jié)溫超過(guò) + 165°C時(shí)，內(nèi)部MOSFET停止開(kāi)關(guān)，降低器件功耗；結(jié)溫降至 + 155°C以下時(shí)，恢復(fù)調(diào)節(jié)，VCC和VEE調(diào)節(jié)器在熱關(guān)斷期間仍繼續(xù)調(diào)節(jié)。

6.2 故障標(biāo)志

• 外部檢測(cè)故障行為：
  • LED短路故障：同時(shí)滿足OUT電壓 < SHRT閾值（典型150mV）和啟動(dòng)消隱定時(shí)器結(jié)束（典型650μs）時(shí)，檢測(cè)到故障，F(xiàn)LT標(biāo)志置低。
  • 接地短路故障：同時(shí)滿足OUT電壓 < SHRT閾值、COMP > 3.4V（典型）和啟動(dòng)消隱定時(shí)器結(jié)束時(shí)，檢測(cè)到故障，F(xiàn)LT置低，停止電流調(diào)節(jié)，內(nèi)部功率MOSFET關(guān)閉。
  • LED開(kāi)路故障：OUT電壓 > OV閾值（典型3V）時(shí)，檢測(cè)到故障，F(xiàn)LT置低，停止電流調(diào)節(jié)，內(nèi)部MOSFET進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)。
• 內(nèi)部檢測(cè)故障行為：
  • LED短路故障：同時(shí)滿足OUT電壓 < SHRT閾值、REFI電阻 < 280kΩ（典型）和啟動(dòng)消隱定時(shí)器結(jié)束時(shí)，檢測(cè)到故障，F(xiàn)LT標(biāo)志置低。
  • LED開(kāi)路故障：與外部檢測(cè)時(shí)相同，OUT電壓 > OV閾值時(shí)，檢測(cè)到故障，F(xiàn)LT置低，停止電流調(diào)節(jié)，內(nèi)部MOSFET進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)。

七、應(yīng)用電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)

7.1 電感選擇

電感的選擇取決于峰值電感電流和允許的電感電流紋波。不同配置下（降壓、升壓、降壓 - 升壓），電感的計(jì)算方法不同。例如，降壓LED驅(qū)動(dòng)器中，電感值計(jì)算公式為 (L{BUCK }=frac{V{INMIN } × D{MAX }}{f{SW} × Delta IL}) ，應(yīng)選擇最小電感大于計(jì)算值的電感，同時(shí)電流額定值應(yīng)高于峰值電感電流。

7.2 輸入電容選擇

輸入濾波電容用于旁路轉(zhuǎn)換器吸取的紋波電流，降低高頻電流傳導(dǎo)到輸入電源的幅度。不同配置下（降壓、降壓 - 升壓、升壓），輸入電容的最小值計(jì)算公式不同。同時(shí)，要考慮電容的DC偏置和溫度對(duì)電容值的影響，選擇在最大工作電壓和最大工作溫度下電容值超過(guò)最小要求的電容。

7.3 輸出電容選擇

輸出電容要能承受最大工作輸出電壓，輸出電壓紋波是輸出電容、其ESR和ESL的函數(shù)。不同配置下（降壓、降壓 - 升壓、升壓），輸出電容的最小值計(jì)算公式不同。陶瓷輸出電容具有低ESR和ESL的優(yōu)點(diǎn)，輸出紋波主要取決于紋波電流和電容。

7.4 補(bǔ)償設(shè)計(jì)

不同模式下（降壓外部檢測(cè)、降壓內(nèi)部檢測(cè)、降壓 - 升壓外部檢測(cè)、降壓 - 升壓內(nèi)部檢測(cè)），補(bǔ)償組件的值計(jì)算方法不同。例如，降壓外部檢測(cè)時(shí)，通過(guò)一系列公式計(jì)算 (R{COMP}) 和 (C{COMP}) 的值，同時(shí)表2給出了典型應(yīng)用的推薦值。

7.5 PCB布局

為保證正常運(yùn)行和最小化EMI，PCB布局有嚴(yán)格要求。如在INP和PGND之間放置電容，在VCC、VEE等引腳與相應(yīng)地之間放置旁路電容，BST電容靠近BST和LX引腳，放置連續(xù)接地平面，減小LX和BST節(jié)點(diǎn)表面積，將封裝底部的暴露焊盤(pán)連接到AGND，電流檢測(cè)線FB和電流檢測(cè)電阻底部的線靠近布置，使用單獨(dú)的接地平面并單點(diǎn)連接，PWMDIM引腳進(jìn)行PWM調(diào)光時(shí)注意電阻連接，使用2oz或更厚的銅等。

八、總結(jié)

MAX25610A/MAX25610B同步降壓和升降壓LED驅(qū)動(dòng)器/DC - DC轉(zhuǎn)換器以其豐富的功能、良好的保護(hù)特性和靈活的配置，在汽車(chē)和工業(yè)照明等領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力。電子工程師在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要深入理解其電氣特性、引腳功能、工作原理和保護(hù)機(jī)制，合理選擇電感、電容等組件，精心設(shè)計(jì)補(bǔ)償和PCB布局，以實(shí)現(xiàn)最佳的性能和可靠性。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類(lèi)似產(chǎn)品的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和想法。