MAX1848：小身材大能量的白光LED升壓轉(zhuǎn)換器

一、引言

在如今的電子設(shè)備中，特別是手機(jī)、PDA 等手持設(shè)備，白光 LED 背光源的應(yīng)用越來越廣泛。為了能高效、穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)這些白光 LED，一款優(yōu)秀的升壓轉(zhuǎn)換器必不可少。MAX1848 就是這樣一款備受關(guān)注的產(chǎn)品，下面就讓我們一起來深入了解它。

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二、產(chǎn)品概述

MAX1848 主要用于驅(qū)動(dòng)白光 LED ，為手機(jī)、PDA 等手持設(shè)備提供背光。它采用升壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，允許白光 LED 進(jìn)行串聯(lián)連接，確保每個(gè) LED 的電流相同，實(shí)現(xiàn)均勻的亮度。這種結(jié)構(gòu)帶來了諸多優(yōu)勢(shì)，比如無(wú)需鎮(zhèn)流電阻，也省去了昂貴的工廠校準(zhǔn)環(huán)節(jié)，同時(shí)還具備更高的簡(jiǎn)單性、更低的成本、更高的效率以及更高的可靠性。

該升壓 PWM 轉(zhuǎn)換器內(nèi)置了一個(gè)高壓、低 RDSON 的 N 溝道 MOSFET 開關(guān)，有助于提高效率并延長(zhǎng)電池使用壽命。通過單個(gè)模擬電壓 Dual Mode?輸入，能輕松實(shí)現(xiàn)亮度調(diào)節(jié)和開關(guān)控制。其 1.2MHz 的快速電流模式 PWM 控制，允許使用小的輸入和輸出電容器以及小電感，同時(shí)還能將輸入電源/電池的紋波降至最低。此外，可編程軟啟動(dòng)功能可消除啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流。

MAX1848 提供了節(jié)省空間的 8 引腳薄型 QFN （3mm × 3mm）和 8 引腳 SOT23 封裝。

在實(shí)際應(yīng)用中，8引腳薄型QFN（3mm × 3mm）封裝尺寸小巧，適合對(duì)空間要求較高的設(shè)計(jì)，比如一些超輕薄的手持設(shè)備。而8引腳SOT23封裝則在散熱和焊接工藝上有一定特點(diǎn)，對(duì)于散熱要求不高且焊接工藝相對(duì)簡(jiǎn)單的場(chǎng)景較為適用。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

MAX1848 的應(yīng)用十分廣泛，主要包括以下幾類設(shè)備：

1. 手機(jī)和智能手機(jī)：為屏幕提供穩(wěn)定、均勻的背光源，提升顯示效果。
2. PDA、掌上電腦和無(wú)線手持設(shè)備：滿足這些設(shè)備對(duì)低功耗、高效率背光源的需求。
3. 電子書和亞筆記本電腦：確保在不同的光照環(huán)境下，屏幕都能清晰顯示。
4. 白光 LED 顯示背光源：可作為通用的白光 LED 驅(qū)動(dòng)方案。

四、電氣特性

（一）電源電壓與欠壓鎖定

MAX1848 的輸入電源電壓范圍為 2.6V 至 5.5V，能適應(yīng)多種電源場(chǎng)景。欠壓鎖定閾值在電壓上升和下降時(shí)有不同表現(xiàn)，上升時(shí)典型值為 2.38V，下降時(shí)為 2.34V，這種遲滯設(shè)計(jì)可防止電源電壓波動(dòng)時(shí)的誤觸發(fā)。

（二）靜態(tài)電流與關(guān)斷電流

在不切換狀態(tài)下，靜態(tài)電流典型值為 0.25mA；切換狀態(tài)下，電流在 1 - 2mA 之間。關(guān)斷時(shí)，在 +25°C 環(huán)境下，關(guān)斷電源電流低至 0.3μA，能有效降低功耗。

（三）過壓保護(hù)

過壓閾值在電壓上升和下降時(shí)也有不同，上升時(shí)典型值為 13.25V，下降時(shí)為 12.25V。當(dāng)輸出電壓超過閾值時(shí)，內(nèi)部 N 溝道 MOSFET 會(huì)關(guān)閉，保護(hù)電路安全。

（四）輸出電壓與誤差放大器

輸出電壓范圍為 V+ - VDIODE 到 12.5V。誤差放大器的 CTRL 到 CS 調(diào)節(jié)范圍在 65 - 85mV/V 之間。CS 輸入偏置電流較小，典型值為 0.01μA。這意味著在信號(hào)處理過程中，誤差放大器能夠提供較為精準(zhǔn)的控制，減少信號(hào)偏差。大家在實(shí)際應(yīng)用中，是否遇到過誤差放大器對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性影響較大的情況呢？

（五）振蕩器

振蕩器的工作頻率在 0.9 - 1.6MHz 之間，典型值為 1.2MHz。較高的工作頻率使得電路可以使用更小的電感和電容，減小了電路板的尺寸。但是，頻率過高可能會(huì)帶來電磁干擾等問題，這就需要我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行權(quán)衡。最大占空比在 VCTRL = V+，VCS = GND 時(shí)可達(dá) 85 - 97%。

（六）N 溝道開關(guān)

LX 導(dǎo)通電阻在 ILX = 100mA 時(shí)，典型值為 1.4Ω。較低的導(dǎo)通電阻可以降低功耗，提高效率。LX 漏電流在不同溫度下有所變化，在 +25°C 時(shí)典型值為 0.01μA，在 +85°C 時(shí)為 0.05μA。LX 電流限制在占空比為 65%時(shí)，典型值為 500mA。

五、典型工作特性

（一）開關(guān)頻率與電源電壓

開關(guān)頻率與電源電壓存在一定關(guān)系。隨著電源電壓的升高，開關(guān)頻率會(huì)有一定的變化趨勢(shì)。這對(duì)于設(shè)計(jì)電源電路時(shí)合理選擇電源電壓有著重要的參考意義。

（二）效率與負(fù)載電流、電源電壓

效率與負(fù)載電流和電源電壓密切相關(guān)。從特性曲線可以看出，在不同的負(fù)載電流和電源電壓下，效率會(huì)有所不同。例如，在某些負(fù)載電流和電源電壓的組合下，效率可以達(dá)到 87%。我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中，如何根據(jù)這些特性曲線來優(yōu)化電路效率呢？

（三）上電與關(guān)斷波形

上電波形展示了電路在啟動(dòng)過程中的電壓和電流變化情況。通過分析上電波形，可以調(diào)整電路參數(shù)，如 CCOMP 的值，來優(yōu)化啟動(dòng)時(shí)間和減小沖擊電流。關(guān)斷波形則表明在關(guān)斷狀態(tài)下，電路的各項(xiàng)參數(shù)如何變化，確保在關(guān)斷時(shí)電路安全穩(wěn)定。

（四）VCTRL 瞬態(tài)響應(yīng)與線路瞬態(tài)響應(yīng)

VCTRL 瞬態(tài)響應(yīng)反映了在改變 VCTRL 電壓時(shí)，輸出電壓和 LED 電流的變化情況?？焖俚乃矐B(tài)響應(yīng)可以使電路能夠及時(shí)響應(yīng)控制信號(hào)的變化。線路瞬態(tài)響應(yīng)則體現(xiàn)了電源電壓波動(dòng)時(shí)，電路的穩(wěn)定性和輸出的可靠性。

六、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）軟啟動(dòng)設(shè)計(jì)

MAX1848 通過以恒定的 12μA 電流逐漸給 CCOMP 充電來實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)。當(dāng) VCOMP 超過 1.25V 時(shí)，內(nèi)部 MOSFET 開始以較低占空比開關(guān)；當(dāng) VCOMP 超過 2.25V 時(shí)，占空比達(dá)到最大。最大啟動(dòng)時(shí)間由 CCOMP 的值決定，計(jì)算公式為 (t{SOFT - START(MAX)} = C{COMP} × frac{1 V}{12 mu A})。通過合理選擇 CCOMP 的值，可以有效減小啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流，保護(hù)電路元件。大家在實(shí)際設(shè)計(jì)中，是如何確定 CCOMP 的值的呢？

（二）關(guān)斷設(shè)計(jì)

當(dāng) VCTRL 小于 100mV 時(shí)，MAX1848 進(jìn)入關(guān)斷狀態(tài)。此時(shí)，除了 CTRL 電壓檢測(cè)電路外，整個(gè) IC 斷電，電源電流降至 0.3μA。CCOMP 在關(guān)斷時(shí)被動(dòng)放電，以便在設(shè)備重新啟用時(shí)能夠再次啟動(dòng)軟啟動(dòng)。在關(guān)斷狀態(tài)下，要確保 LED 陣列的最小正向電壓超過最大 V+，以保證 LED 熄滅。

（三）過壓保護(hù)設(shè)計(jì)

當(dāng) VOUT 高于 13.25V 時(shí)，過壓保護(hù)電路啟動(dòng)，停止內(nèi)部 MOSFET 開關(guān)，使 VCOMP 衰減至 GND。當(dāng) VOUT 降至 12.25V 以下時(shí)，設(shè)備退出過壓鎖定，進(jìn)入軟啟動(dòng)狀態(tài)。過壓保護(hù)能夠有效防止輸出電壓過高對(duì)電路造成損壞。

（四）元件選擇

1. LED 電流調(diào)整 通過模擬輸入（CTRL）和檢測(cè)電阻值來設(shè)置輸出電流，計(jì)算公式為 (LED=frac{V{CTRL}}{13.33 × R{SENSE }})。VCTRL 電壓范圍為 250mV 到 (V+ + 2V) 或 5.5V 中的較小值。選擇合適的 RSENSE 可以調(diào)整 LED 電流，從而改變 LED 亮度。
2. 電容選擇 輸入電容典型值為 3.3μF，輸出電容典型值為 1.0μF。增大電容值可以降低輸入和輸出紋波，但會(huì)增加尺寸和成本。CCOMP 的電容值受輸出電流和每支路 LED 數(shù)量影響，可參考表 1 選擇合適的 CCOMP 值。
3. 電感選擇 電感值取決于 LED 的最大輸出電流，表 1 給出了不同情況下的電感值和峰值電流額定值。合適的電感值可以保證電路的穩(wěn)定性和效率。
4. 肖特基二極管選擇 由于 MAX1848 開關(guān)頻率高，需要使用具有快速恢復(fù)時(shí)間和低正向壓降的肖特基二極管。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峰值電感電流，反向擊穿電壓超過 VOUT。計(jì)算公式為 (DIODE(RMS)=sqrt{I{OUT } × I{P E A K}})。

（五）PCB 布局

由于電路存在快速開關(guān)波形和大電流路徑，PCB 布局需要特別注意。應(yīng)盡量減小 IC 與 RSENSE、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、寬。將噪聲較大的走線，如電感的走線，遠(yuǎn)離 CS 引腳。V+的旁路電容（CIN）應(yīng)盡量靠近 IC 放置，PGND 和 GND 應(yīng)在靠近 IC 的地方單點(diǎn)連接，CIN 和 COUT 的接地連接應(yīng)盡量靠近。雖然從 V+到電感和從肖特基二極管到 LED 的走線可以稍長(zhǎng)，但也要注意布局的合理性。參考 MAX1848 EV 套件的布局可以獲得更好的設(shè)計(jì)效果。

七、應(yīng)用信息

（一）連接四個(gè)或六個(gè) LED

MAX1848 可以驅(qū)動(dòng)一到三個(gè) LED 支路，只要 LED 總數(shù)不超過六個(gè)。每個(gè)支路的 LED 數(shù)量和檢測(cè)電阻值應(yīng)相同。增加第二或第三個(gè)支路不會(huì)影響檢測(cè)電阻值。三個(gè)兩支路的 LED 配置比兩個(gè)三支路的 LED 配置效率更高，但需要增加一個(gè)檢測(cè)電阻。由于元件公差，多個(gè)支路可能會(huì)存在輕微的電流不匹配情況。

（二）芯片與封裝信息

芯片的晶體管數(shù)量為 1290。MAX1848 有 8 引腳 SOT23 和 8 引腳薄型 QFN（3mm × 3mm）兩種封裝形式。在數(shù)據(jù)手冊(cè)中，封裝圖紙可能不是最新規(guī)格，可訪問 www.maxim - ic.com/packages 獲取最新的封裝輪廓信息。

總之，MAX1848 是一款性能優(yōu)良的白色 LED 升壓轉(zhuǎn)換器，在設(shè)計(jì)過程中，我們需要根據(jù)其各項(xiàng)特性和參數(shù)，合理選擇元件，優(yōu)化 PCB 布局，以實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的 LED 驅(qū)動(dòng)電路。大家在使用 MAX1848 過程中遇到過哪些問題，又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。