MAX1605：30V 內(nèi)部開關(guān) LCD 偏置電源的全面解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理芯片的性能和特性對于整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。今天，我們就來深入了解一款備受關(guān)注的電源芯片——MAX1605，它是一款 30V 內(nèi)部開關(guān) LCD 偏置電源，具有諸多獨(dú)特的優(yōu)勢和特點(diǎn)。

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一、產(chǎn)品概述

MAX1605 是一款集成了 0.5A 內(nèi)部開關(guān)的升壓轉(zhuǎn)換器，采用小巧的 6 引腳 SOT23 封裝。它的供電電壓范圍為 +2.4V 至 +5.5V，卻能將低至 0.8V 的電池電壓提升至最高 30V 的輸出電壓。其獨(dú)特的控制方案使其在廣泛的負(fù)載條件下都能實(shí)現(xiàn)高效率。內(nèi)部的 0.5A MOSFET 減少了外部元件數(shù)量，高達(dá) 500kHz 的高開關(guān)頻率則允許使用小型表面貼裝元件。此外，電流限制可以設(shè)置為 500mA、250mA 或 125mA，方便用戶在低電流應(yīng)用中降低輸出紋波和減小元件尺寸。該芯片還具備低靜態(tài)電源電流和關(guān)機(jī)模式以節(jié)省功耗，適用于小電流需求的小型 LCD 面板，也可用于其他應(yīng)用場景。同時(shí)，還有 MAX1605EVKIT 評估套件可供使用，有助于加快設(shè)計(jì)時(shí)間。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

1. LCD 偏置發(fā)生器：為 LCD 面板提供穩(wěn)定的偏置電壓，確保其正常顯示。
2. 蜂窩/無繩電話：滿足手機(jī)等設(shè)備對電源的需求，提供穩(wěn)定的供電。
3. 掌上電腦：為掌上電腦的各種功能模塊提供合適的電源。
4. 個(gè)人數(shù)字助理（PDAs）：保障 PDA 設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。
5. 組織者：為組織者設(shè)備提供可靠的電源支持。
6. 手持終端：適用于各種手持終端設(shè)備，確保其正常工作。

三、產(chǎn)品特性

1. 可調(diào)節(jié)輸出電壓：最高可達(dá) 30V，能夠滿足不同應(yīng)用場景對電壓的需求。
2. 高效性能：在單節(jié)鋰離子電池供電下，20V 時(shí)可提供 20mA 電流，效率高達(dá) 88%。
3. 高開關(guān)頻率：最高可達(dá) 500kHz，允許使用小型表面貼裝元件，減小電路板尺寸。
4. 可選電感電流限制：可設(shè)置為 125mA、250mA 或 500mA，靈活適應(yīng)不同的負(fù)載需求。
5. 低功耗：工作電源電流僅 18μA，關(guān)機(jī)電流低至 0.1μA，有效節(jié)省能源。
6. 小封裝形式：提供 6 引腳 TDFN 和 6 引腳 SOT23 兩種小型封裝，便于電路板布局。

四、引腳配置

五、電氣特性

1. 電源電壓和輸入電壓范圍

• 電源電壓（VCC）范圍為 2.4V 至 5.5V。
• 電感輸入電壓范圍為 0.8V 至 VOUT。

2. 欠壓鎖定

VCC 下降時(shí)，典型滯回為 50mV，欠壓鎖定電壓（VUVLO）范圍為 2.0V 至 2.37V。

3. 靜態(tài)電源電流和關(guān)機(jī)電源電流

• 靜態(tài)電源電流（ICC）在 VFB = 1.3V 時(shí)為 35μA。
• 關(guān)機(jī)電源電流（SHDN = GND）為 1μA。

4. 反饋設(shè)置點(diǎn)和輸入偏置電流

• 反饋設(shè)置點(diǎn)（VFB）范圍為 1.215V 至 1.285V。
• 反饋輸入偏置電流（IFB）在 VFB = 1.3V 時(shí)最大為 100nA。

5. LX 相關(guān)特性

• LX 電壓范圍：LIM = VCC 時(shí)為 30.5V，電流限制在不同設(shè)置下有所不同。
• LX 開關(guān)電流限制：LIM 浮空時(shí)為 0.18A 至 0.30A，LIM = GND 時(shí)為 0.08A 至 0.17A。
• LX 導(dǎo)通電阻：VCC = 3.3V，ILX = 100mA 時(shí)為 2Ω。
• LX 泄漏電流：VLX = 30.5V 時(shí)為 2μA。
• 最大 LX 導(dǎo)通時(shí)間和最小 LX 關(guān)斷時(shí)間也有相應(yīng)的范圍。

6. 控制輸入特性

• SHDN 輸入閾值：VIH 為 0.8 x VCC，VIL 為 0.2 x VCC。
• SHDN 輸入偏置電流：VCC = 5.5V，VSHDN = 0 至 5.5V 時(shí)為 -1μA 至 1μA。
• LIM 輸入低電平、浮空電平和高電平以及輸入偏置電流都有明確的范圍。

六、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 電感選擇

較小的電感值通常在給定串聯(lián)電阻或飽和電流下具有較小的物理尺寸。使用較大電感值的電路可能在較低輸入電壓下啟動(dòng)，紋波較小，但輸出功率會(huì)降低。電感的飽和電流額定值應(yīng)大于峰值開關(guān)電流，不過允許電感飽和達(dá) 20%，盡管這會(huì)略微降低效率。

2. 電流限制選擇

應(yīng)用所需的峰值 LX 電流限制（ILX(MAX)）可通過公式計(jì)算： [L X(M A X) geq frac{V{OUT } × I{OUT ( MAX ) }}{V{IN (MIN) }}+frac{left(V{OUT }-V{IN (MIN) }right) × t{OFF(MIN) }}{2 × L}] 其中 (t{OFF(MIN)}=0.8 mu s)，(V{IN(MIN) }) 是用于為電感供電的最小電壓。設(shè)置的電流限制必須大于此計(jì)算值，可通過連接 LIM 到 VCC、GND 或使其懸空來選擇合適的電流限制。

3. 二極管選擇

由于最高 500kHz 的開關(guān)頻率，需要使用高速整流器。推薦使用肖特基二極管，如摩托羅拉 MBRS0530 或日本 EP05Q03L。為保持高效率，肖特基二極管的平均電流額定值應(yīng)大于峰值開關(guān)電流，反向擊穿電壓應(yīng)大于輸出電壓。

4. 輸出濾波電容

對于大多數(shù)應(yīng)用，使用 1μF 或更大的小型陶瓷表面貼裝輸出電容。對于小型陶瓷電容，輸出紋波電壓主要由電容值決定。如果使用鉭或電解電容，較高的 ESR 會(huì)增加輸出紋波電壓。降低 ESR 可減少輸出紋波電壓和峰 - 峰瞬態(tài)電壓。通常首選表面貼裝電容，因?yàn)樗鼈儧]有通孔等效電容的電感和電阻。

5. 輸入旁路電容

VCC 和 VIN 兩個(gè)輸入都需要旁路電容。使用 0.1μF 陶瓷電容盡可能靠近 IC 對 VCC 進(jìn)行旁路。輸入為電感提供高電流，需要在電感附近進(jìn)行局部大容量旁路。對于大多數(shù)應(yīng)用，10μF 低 ESR 表面貼裝電容就足夠了。

6. PCB 布局和接地

仔細(xì)的印刷電路板布局對于最小化接地反彈和噪聲非常重要。保持 MAX1605 的接地引腳以及輸入和輸出電容的接地引線間距小于 0.2 英寸（5mm）。此外，盡量縮短所有與 FB 和 LX 的連接。特別是在使用外部反饋電阻時(shí)，應(yīng)將它們盡可能靠近 FB 放置。為了最小化輸出電壓紋波，最大化輸出功率和效率，使用接地平面并將 GND 直接焊接到接地平面?？蓞⒖?MAX1605EVKIT 評估套件的布局示例。

七、特殊應(yīng)用

1. 產(chǎn)生負(fù)電壓用于 LCD 偏置

MAX1605 可以通過在 LX 引腳添加二極管 - 電容電荷泵電路（D1、D2 和 C3）來產(chǎn)生負(fù)輸出。反饋仍連接到未加載的正輸出，允許 C4 使用非常小的電容值。為了獲得最佳穩(wěn)定性和最低紋波，R1 - R2 串聯(lián)組合和 C4 的時(shí)間常數(shù)應(yīng)接近或小于 C2 和有效負(fù)載電阻的時(shí)間常數(shù)。負(fù)輸出的負(fù)載調(diào)節(jié)比標(biāo)準(zhǔn)正輸出電路稍寬松，在非常輕的負(fù)載下可能會(huì)上升，可通過降低 R1 和 R2 的電阻并保持其比例來解決。

2. 關(guān)機(jī)時(shí)輸出斷開

當(dāng) MAX1605 關(guān)機(jī)時(shí)，輸出仍與輸入連接，輸出電壓降至約 (V_{IN }-0.6 ~V)。對于需要關(guān)機(jī)時(shí)輸出隔離的應(yīng)用，可添加外部 PNP 晶體管。當(dāng) MAX1605 激活時(shí)，晶體管發(fā)射極設(shè)置的電壓超過輸入電壓，使晶體管進(jìn)入飽和區(qū)域；關(guān)機(jī)時(shí)，輸入電壓超過發(fā)射極電壓，不活動(dòng)的晶體管在輸入和輸出之間提供高阻抗隔離。不過，由于 PNP 晶體管的飽和電壓和基極電流，效率會(huì)略有下降。

八、總結(jié)

MAX1605 是一款功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越的電源芯片，在 LCD 偏置電源等應(yīng)用中具有很大的優(yōu)勢。其可調(diào)節(jié)的輸出電壓、高效的性能、靈活的電流限制設(shè)置以及多種封裝形式，使其能夠滿足不同應(yīng)用場景的需求。在設(shè)計(jì)過程中，合理選擇電感、二極管、電容等元件，并注意 PCB 布局和接地，能夠充分發(fā)揮 MAX1605 的性能，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。各位電子工程師在實(shí)際應(yīng)用中，不妨考慮使用 MAX1605，相信它會(huì)給你的設(shè)計(jì)帶來意想不到的效果。你在使用類似電源芯片時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。