MAX8901A：小尺寸高功效的WLED驱动芯片

MAX8901A/MAX8901B：小尺寸高功效的WLED驱动芯片

一、引言

在如今的电子设备中，LCD 背光源的应用极为广泛，从手机、PDA 到各种手持设备，都离不开它的支持。而对于驱动这些背光源的 WLED（白色发光二极管），一款高效、小巧且功能丰富的驱动芯片显得尤为重要。MAX8901A/MAX8901B 就是这样一款能够满足多种需求的芯片，下面我们就来详细了解一下它。

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二、芯片概述

（一）基本功能

MAX8901A/MAX8901B 是升压转换器，能够驱动 2 到 6 个串联的 WLED，为手机、PDA 等手持设备的 LCD 背光源提供恒定电流，确保 WLED 亮度均匀。它以固定的 750kHz（典型值）开关频率工作，这使得外部组件可以选用微小尺寸的，并且在整个单节 Li⁺/Li - Poly 电池电压范围内实现了尽可能高的效率。

（二）调光控制

这两款芯片都通过单一输入（ON）来使能芯片并控制 WLED 亮度，但调光方式有所不同。MAX8901A 需要直接的 PWM 输入来调节 WLED 亮度，WLED 电流与 PWM 占空比成正比；而 MAX8901B 采用单线路串行脉冲调光，能将 WLED 亮度以 32 个线性步长降低，串行脉冲调光的满量程 WLED 电流为 24.75mA（MAX8901B，0.75mA/步）。

（三）保护特性

芯片具备多种保护功能，包括内部软启动以消除启动时的浪涌电流、输入过压保护、WLED 过压保护以及关机模式（关机电流典型值为 0.01µA）。在关机状态下，只要 WLED 正向电压大于输入电源电压，就不会有 WLED 电流。此外，还具有欠压锁定（UVLO）和热关断功能。

（四）封装形式

MAX8901A/MAX8901B 采用微小的 8 引脚、2mm x 2mm TDFN - EP 封装（最大高度 0.8mm），节省了 PCB 空间。

三、应用领域

• 显示背光源：适用于 2 到 6 个 WLED 的显示背光源，为各种设备的屏幕提供均匀的背光。
• 移动设备：如手机、PDA、智能手机等，满足这些设备对小尺寸、高效率背光源驱动的需求。
• 多媒体设备：MP3 和便携式媒体播放器，为其屏幕显示提供稳定的背光支持。
• 导航与摄像设备：便携式导航设备和数码相机，确保在不同环境下屏幕显示清晰。

四、电气特性

（一）电压与电流参数

• 输入电压范围：2.6V 至 5.5V，适应多种电源供电。
• 输出电压范围：最高可达 25V，具体取决于外部升压二极管的电压降。
• 静态电流：在不同工作模式和温度下，静态电流有所不同。例如，MAX8901A 在无负载（不开关）时典型静态电流为 70µA，MAX8901B 为 115µA。
• 关机输入电流：典型值为 0.01µA，在关机状态下功耗极低。

（二）保护阈值

• 输入过压锁定阈值：当输入电压上升超过 6.2V（最小值）时，芯片停止开关操作，保护芯片免受高输入电压影响；当输入电压下降到 6.0V（最小值）以下时，重新启动并进入软启动。
• WLED 过压保护阈值：典型值为 25V，当 WLED 输出电压超过该阈值时，芯片锁定并进入关机状态。

（三）开关与振荡参数

• 开关频率：工作频率在 700kHz 至 800kHz 之间，典型值为 750kHz。
• 最大占空比：当 VCS = 0.4V 时，最大占空比可达 90% - 92%。

五、典型工作特性

（一）效率特性

从典型工作特性曲线可以看出，在不同的输入电压、LED 数量和 LED 电流下，芯片的效率有所不同。例如，在某些条件下，效率最高可达 91%，这对于延长电池续航时间非常重要。

（二）保护响应与波形

芯片在输入过压等异常情况下有相应的保护响应，通过波形图可以直观地看到输入电压、输出电压、电感电流等参数的变化情况，帮助工程师更好地理解芯片的工作状态。

（三）调光响应

MAX8901A 的 PWM 调光和 MAX8901B 的串行脉冲调光都有各自的调光响应特性，通过图表可以清晰地看到不同调光方式下 LED 电流与调光信号的关系。

六、引脚说明

（一）主要引脚功能

• OVP：WLED 过压保护输入，监测 WLED 电压，当超过阈值时锁定芯片。
• ON：使能和调光控制输入，不同芯片的调光方式通过该引脚实现。
• IN：电源输入，需用 1µF 陶瓷电容旁路到地。
• LX：升压电感节点，连接电感实现升压功能。
• PGND：功率地，与 GND 和暴露焊盘（EP）短而宽连接。
• GND：模拟地，与暴露焊盘短而宽连接。
• COMP：WLED 升压补偿节点，连接 0.022µF 陶瓷电容到地，稳定转换器并设置软启动时间。
• CS：WLED 电流检测输入，MAX8901A 通过连接电流检测电阻来调节 WLED 电流，MAX8901B 内部提供电流源。

（二）暴露焊盘（EP）

EP 连接到地，对于良好的散热非常重要，需连接到大面积接地平面。

七、设计要点

（一）元件选择

• 电感：推荐电感值范围为 10µH 至 47µH，22µH 电感在大多数应用中能优化效率并保持低输入电压纹波。需确保电感饱和电流额定值超过应用中的峰值电感电流，可通过公式 (PEAK=frac{V{OUT(MAX)} × I{LED(MAX)}}{900 × V{IN(MIN)}}+frac{V{IN(MIN) × 1.2}}{2 × L}) 计算峰值电感电流。
• 肖特基二极管：由于芯片开关频率高，推荐使用肖特基二极管，其快速恢复时间和低正向电压降有助于提高效率。需确保二极管的平均和峰值电流额定值超过平均输出电流和峰值电感电流，反向击穿电压超过 VOUT，RMS 二极管电流可通过公式 (DIODE(RMS)=sqrt{I{LED} × I{PEAK}}) 近似计算。
• 电容：推荐使用具有 X5R、X7R 或更好介电常数的陶瓷电容。输入电容典型值为 1µF，输出电容典型值为 0.1µF（MAX8901A）或 1µF（MAX8901B）。补偿电容通常选择 0.022µF 以稳定转换器和控制软启动。
• 电流检测电阻（仅 MAX8901A）：用于编程 100% PWM 占空比时的最大 WLED 电流，可通过公式 (R{CS}=frac{500}{I{LED(MAX)}}) 计算电阻值。

（二）PCB 布局

由于芯片存在快速开关波形和高电流路径，PCB 布局时需特别注意。要尽量减小芯片与电感、二极管、输入电容和输出电容之间的走线长度，对于 MAX8901A 还要减小芯片与 RCS 之间的走线长度。走线要短、直且宽，将嘈杂的走线（如 LX 节点走线）远离 CS 引脚。输入旁路电容应尽可能靠近芯片，CIN 和 COUT 的接地连接应尽量靠近，PGND 和 GND 应在输入电容接地端连接在一起。

八、总结

MAX8901A/MAX8901B 芯片以其小尺寸、高效率、丰富的保护功能和灵活的调光方式，为 2 到 6 个串联 WLED 的驱动提供了优秀的解决方案。在设计过程中，合理选择外部元件和优化 PCB 布局是确保芯片性能的关键。电子工程师在实际应用中，可以根据具体需求选择合适的芯片型号，并结合芯片的电气特性和设计要点进行电路设计，以实现最佳的背光源驱动效果。大家在使用这款芯片的过程中，有没有遇到过什么有趣的问题或者独特的解决方案呢？欢迎在评论区分享交流。