MAX25610A：同步降压和升降压LED驱动器/DC - DC转换器的深度剖析

MAX25610A/MAX25610B：同步降压和升降压LED驱动器/DC - DC转换器的深度剖析

一、引言

在电子工程师的日常设计中，LED驱动器和DC - DC转换器是常见的设计元素。今天我们要深入探讨的是Maxim Integrated推出的MAX25610A/MAX25610B同步降压和升降压LED驱动器/DC - DC转换器。这款产品在汽车和工业照明等领域有着广泛的应用前景，下面我们就来详细了解它的各项特性和设计要点。

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二、产品概述

2.1 基本功能

MAX25610A/MAX25610B是全同步LED驱动器，能够为大功率LED提供恒定输出电流。它集成了两个60mΩ功率MOSFET用于同步操作，大大减少了外部组件的使用。其灵活的配置支持降压、反相降压 - 升压和升压转换，采用电流模式控制，具有快速瞬态响应和易于环路稳定的特点。

2.2 保护特性

该产品具备多种保护功能，如逐周期电流限制、输出过压保护（OVP）、开路保护、输出短路保护（SCP）和热关断等，这些保护特性有效提高了系统的可靠性。

2.3 调光功能

在LED驱动应用中，可通过REFI引脚进行模拟调光，通过PWMDIM引脚进行PWM调光。当PWMDIM为高电平时，开关开启；为低电平时，两个MOSFET均关闭。同时，通过对PWMDIM引脚进行模拟编程，可启用内置数字调光功能，调光频率由PWMFRQ引脚选择。

2.4 电压调节器

产品包含两个5V调节器，一个用于IC偏置、REFI和PWMFRQ编程，另一个用于模拟PWMDIM和FLT上拉。开关频率方面，MAX25610A内部设定为400kHz，MAX25610B为2.2MHz，并且内置扩频功能以降低EMI噪声。支持外部和内部电流检测，LED电流精度分别为±3%和±6%。

2.5 应用场景

非常适合需要高电压输入的汽车应用，能承受高达40V的负载突降事件，也可作为DC - DC转换器使用。产品采用热增强型16引脚TSSOP - EP和16引脚TQFN封装，工作温度范围为 - 40°C至 + 125°C，满足汽车温度要求。

三、电气特性分析

3.1 输入电源特性

输入电源电压范围较宽，在降压 - 升压配置、外部数字模式PWM调光和内部模拟模式PWM调光下，输入电压范围为5V至36V；在降压配置下，PWMDIM = INN，VINP = 12V时，输入电压范围为8.3V至36V。静态电流方面，不同条件下有所不同，如PWMDIM = INN，VINP = 36V时，静态电流为5 - 7mA。UV锁定在降压模式和降压 - 升压模式下，上升和下降阈值也有明确规定。

3.2 开关电流特性

MAX25610A和MAX25610B在不同的PWMDIM和VINP条件下，开关电流有所差异。例如，PWMDIM = VEE，VINP = 12V时，MAX25610A的开关电流为12 - 20mA，MAX25610B为35mA。

3.3 其他特性

在PWM调光方面，斜坡频率可通过PWMFRQ引脚的外部RC设置，PWM频率精度在理想外部电阻和电容条件下为 - 10%至 + 10%。模拟调光时，在不同的RREFI和输入电压条件下，电流调节有相应的值。控制环路中的误差放大器跨导、斜率补偿等也有明确的参数。

四、引脚配置与功能

4.1 引脚布局

产品有TSSOP和TQFN两种封装，引脚配置各有特点。主要引脚包括PWMFRQ、LX、PWMDIM、COMP、INP、REFI、AGND、OUT、PGND、INN、BST、VEE、FLT、FB、VCC等。

4.2 引脚功能

• AGND：模拟地，用于连接控制环路补偿和其他小信号组件，单点连接到PGND。
• VCC：主5V内部LDO，需用最小0.1μF陶瓷电容旁路到AGND，最小1μF陶瓷电容旁路到PGND。
• PGND：功率接地参考节点，内部连接到内部低端功率MOSFET的源极。
• INP：输入正电源，内部连接到高端功率FET的漏极，需用陶瓷电容旁路到PGND。
• LX：开关节点，需用宽走线连接输出电感器，电感器应尽量靠近引脚。
• BST：高端功率MOSFET的驱动电压，需连接0.1μF陶瓷电容到LX。
• FLT：低电平有效、开漏故障指示输出，可通过外部上拉电阻连接到外部电源，不用时可悬空。
• VEE：辅助5V调节器，需用最小1μF陶瓷电容旁路到INN。
• INN：输入电源的接地端，用作降压转换器时连接到PGND。
• PWMDIM：调光控制输入，可连接外部PWM信号进行PWM调光，也可通过模拟电压控制PWM调光。
• PWMFRQ：PWM调光功能的频率编程，连接到从VCC到AGND的RC节点。
• FB：LED电流检测输入，可用于外部或内部电流检测配置。
• REFI：模拟调光控制输入，不同模式下对LED电流有不同的调节方式。

五、功能操作原理

5.1 电流检测模式

支持内部和外部LED电流检测。上电时，通过检测FB引脚电压确定电流检测配置。外部检测时，将FB引脚连接到与LED串串联的外部检测电阻；内部检测时，将FB引脚通过100kΩ电阻连接到VCC。

5.2 开关操作

固定频率振荡器在每个时钟周期开始时开启内部高端功率FET，电感器电流增加，直到内部PWM比较器触发关闭高端功率FET，随后同步低端功率FET开启，直到下一个时钟周期开始。

5.3 调光操作

PWMDIM引脚用于LED电流的PWM调光，低电平时，高端和低端功率FET均关闭；高电平时，LED电流调节开始，同时重启内部振荡器。模拟编程PWMDIM引脚操作类似，只是使用内部PWM时钟，调光频率由PWMFRQ引脚选择。

5.4 模式选择

可工作在降压和降压 - 升压或升压两种模式，通过连接不同阻值的电阻从VCC到PWMFRQ引脚来选择。

六、保护功能详解

6.1 热保护

当结温超过 + 165°C时，内部MOSFET停止开关，降低器件功耗；结温降至 + 155°C以下时，恢复调节，VCC和VEE调节器在热关断期间仍继续调节。

6.2 故障标志

• 外部检测故障行为：
  • LED短路故障：同时满足OUT电压 < SHRT阈值（典型150mV）和启动消隐定时器结束（典型650μs）时，检测到故障，FLT标志置低。
  • 接地短路故障：同时满足OUT电压 < SHRT阈值、COMP > 3.4V（典型）和启动消隐定时器结束时，检测到故障，FLT置低，停止电流调节，内部功率MOSFET关闭。
  • LED开路故障：OUT电压 > OV阈值（典型3V）时，检测到故障，FLT置低，停止电流调节，内部MOSFET进入高阻抗状态。
• 内部检测故障行为：
  • LED短路故障：同时满足OUT电压 < SHRT阈值、REFI电阻 < 280kΩ（典型）和启动消隐定时器结束时，检测到故障，FLT标志置低。
  • LED开路故障：与外部检测时相同，OUT电压 > OV阈值时，检测到故障，FLT置低，停止电流调节，内部MOSFET进入高阻抗状态。

七、应用电路设计要点

7.1 电感选择

电感的选择取决于峰值电感电流和允许的电感电流纹波。不同配置下（降压、升压、降压 - 升压），电感的计算方法不同。例如，降压LED驱动器中，电感值计算公式为 (L{BUCK }=frac{V{INMIN } × D{MAX }}{f{SW} × Delta IL}) ，应选择最小电感大于计算值的电感，同时电流额定值应高于峰值电感电流。

7.2 输入电容选择

输入滤波电容用于旁路转换器吸取的纹波电流，降低高频电流传导到输入电源的幅度。不同配置下（降压、降压 - 升压、升压），输入电容的最小值计算公式不同。同时，要考虑电容的DC偏置和温度对电容值的影响，选择在最大工作电压和最大工作温度下电容值超过最小要求的电容。

7.3 输出电容选择

输出电容要能承受最大工作输出电压，输出电压纹波是输出电容、其ESR和ESL的函数。不同配置下（降压、降压 - 升压、升压），输出电容的最小值计算公式不同。陶瓷输出电容具有低ESR和ESL的优点，输出纹波主要取决于纹波电流和电容。

7.4 补偿设计

不同模式下（降压外部检测、降压内部检测、降压 - 升压外部检测、降压 - 升压内部检测），补偿组件的值计算方法不同。例如，降压外部检测时，通过一系列公式计算 (R{COMP}) 和 (C{COMP}) 的值，同时表2给出了典型应用的推荐值。

7.5 PCB布局

为保证正常运行和最小化EMI，PCB布局有严格要求。如在INP和PGND之间放置电容，在VCC、VEE等引脚与相应地之间放置旁路电容，BST电容靠近BST和LX引脚，放置连续接地平面，减小LX和BST节点表面积，将封装底部的暴露焊盘连接到AGND，电流检测线FB和电流检测电阻底部的线靠近布置，使用单独的接地平面并单点连接，PWMDIM引脚进行PWM调光时注意电阻连接，使用2oz或更厚的铜等。

八、总结

MAX25610A/MAX25610B同步降压和升降压LED驱动器/DC - DC转换器以其丰富的功能、良好的保护特性和灵活的配置，在汽车和工业照明等领域具有很大的应用潜力。电子工程师在设计过程中，需要深入理解其电气特性、引脚功能、工作原理和保护机制，合理选择电感、电容等组件，精心设计补偿和PCB布局，以实现最佳的性能和可靠性。大家在实际应用中是否遇到过类似产品的设计挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和想法。