高效驱动2至10颗白光LED的MAX1553升压转换器

高效驱动2至10颗白光LED的MAX1553/MAX1554升压转换器

在如今的手持设备如手机、PDA等中，显示屏背光的高效驱动至关重要。MAX1553/MAX1554作为高集成度、灵活的解决方案，为白光LED背光应用提供了出色的性能。下面就带大家深入了解这两款升压转换器。

文件下载：MAX1553.pdf

1. 产品概述

MAX1553/MAX1554能够以恒定电流串联驱动白光LED，为手机、PDA等手持设备提供高效的显示屏背光。其内部集成了40V、低RDSON的N沟道MOSFET开关，有助于提高效率和延长电池寿命。

电流限制差异

MAX1553的电流限制为480mA，可驱动2至6颗白光LED；而MAX1554的电流限制为970mA，最多能驱动10颗白光LED。

亮度调节与控制

通过单一的模拟/PWM双模式输入，可实现两种简单的亮度调节方式。同时，独立的使能输入提供开/关控制功能。软启动功能则能有效减小启动时的浪涌电流。

封装形式

这两款转换器采用节省空间的8引脚TDFN 3mm x 3mm封装。在驱动9颗LED（20mA，(V_{CC}=3.6V) ）时，效率最高可达82%。

2. 应用领域

• 手机：为手机显示屏提供稳定的背光。
• PDA、掌上电脑和无线手持设备：满足彩色显示屏背光需求。

3. 特性与优势

高度集成与灵活性

适用于广泛的背光应用，为不同的设计需求提供了可能。

恒流调节

确保LED照明均匀，内部的40V MOSFET开关能够驱动多达10颗LED。

宽输入电压范围

输入电压范围为2.7V至5.5V，能适应多种电源环境。

亮度控制方式多样

支持模拟或PWM控制LED亮度，可根据实际需求灵活选择。

低输入纹波优化

优化设计使得输入纹波较低，保证了电源的稳定性。

软启动功能

软启动可最小化浪涌电流，保护电路元件。

高效节能

提高电池使用寿命，驱动6颗LED时效率最高可达88%。

节省空间

采用微小的8引脚、3mm x 3mm TDFN封装，节省电路板空间。

外部元件要求低

使用小型、薄型的外部元件，降低了设计成本和复杂度。

4. 电气特性

电源电压

MAX1553的电源电压范围为2.7V至5.5V，MAX1554为3.15V至5.50V。

欠压锁定阈值

典型滞后为35mV，范围在2.35V至2.65V之间。

静态电流

不开关时，典型值为0.33mA，最大值为0.65mA；开关时，典型值为0.44mA，最大值为0.9mA。

关断电源电流

在不同温度下有不同表现，如(T{A}= +25°C)时，最大值为1µA；(T{A}= +85°C)时，最大值为10µA。

过压阈值

上升沿阈值范围为1.18V至1.33V。

其他参数

还包括BRT输入电阻、定时控制参数（最大导通时间、导通时间常数、最小关断时间）、误差放大器参数（FB阈值、FB输入偏置电流）、N沟道开关参数（LX导通电阻、LX电流限制）以及关断控制参数（EN逻辑高电平和低电平、EN输入电流）等。

5. 典型工作特性

效率与负载电流关系

通过不同输入电压和电感值的测试，展示了驱动6颗和9颗白光LED时效率随负载电流的变化曲线。这有助于工程师根据实际负载需求选择合适的工作条件，以达到最佳效率。

LED电流相关特性

包括LED电流与输入电压、BRT占空比、BRT电压的关系曲线。这些曲线能帮助工程师更好地理解LED电流的变化规律，从而实现精确的亮度控制。

开关波形

展示了连续和不连续工作模式下的开关波形，为分析电路的工作状态提供了直观的依据。

6. 引脚说明

引脚名称	功能
GND	接地
VCC	电源输入，电压范围2.7V至5.5V，为IC供电
EN	使能输入，高电平或连接到VCC使能IC，低电平则关断
BRT	亮度控制输入，可使用模拟或PWM控制信号，LED电流可在10:1范围内控制，PWM信号频率需在100Hz至10kHz之间，幅度大于1.72V
FB	反馈输入，连接到LED串的阴极，并通过一个电阻连接到GND以设置LED电流
SS	软启动定时控制输入，通过连接一个电容到GND来控制软启动定时
OV	过压检测，连接到LED串阳极的电阻分压器以设置过压阈值
LX	电感连接，连接到电感和二极管，EN为低电平时呈高阻抗
EP	外露焊盘，连接到GND

7. 详细工作原理

控制方案

采用最小关断时间、电流限制的控制方案。当FB电压低于调节阈值时，内部低端MOSFET导通，电感电流上升至电流限制值。电流限制比较器触发后，低端MOSFET关断最小关断时间（250ns）。之后，若FB电压高于调节阈值，MOSFET保持关断；若低于调节点，则再次导通，循环重复。这种非固定频率且可跳过脉冲的调节控制方案，使MAX1553/MAX1554具有很高的效率。

软启动

通过外部电容C3设置软启动时间，以最小化浪涌电流。公式为(C3 = frac{t_{SS}}{2 × 10^{5}}) ，例如0.1µF的电容可提供20ms的软启动时间。

关断

当EN为低电平时，IC关断，电源电流降至约0.1µA；正常工作时，EN需驱动为高电平或连接到VCC。

过压保护

具有可调的过压保护电路。当OV电压达到过压阈值（典型值1.25V）时，保护电路阻止内部MOSFET开关，使输出电压衰减。过压保护事件中的峰值输出电压通过连接到OV的电阻分压器（R2和R3）设置，公式为(R2 = R3 × (frac{V{OUT(PEAK)}}{V{OV}} - 1)) 。

8. 元件选择

电容选择

• 大多数应用推荐使用0.47µF陶瓷输出电容（C2）。
• 驱动6颗或更少LED的电路，使用4.7µF陶瓷输入电容（C1）；驱动超过6颗LED的电路，使用10µF输入电容（C1）。
• 为在宽温度范围内获得最佳稳定性，建议使用X5R、X7R或更好电介质的电容。

  电感选择

• MAX1553：电感电流限制为480mA，可驱动多达6颗20mA的LED或9颗15mA的LED。电感值在4.7µH至47µH之间均可，较大值效率更高，较小值电感尺寸更小。例如，47µH的TOKO D62或D62L系列效率最佳；4.7µH的Murata LQH32C尺寸最小。
• MAX1554：电感电流限制为970mA，可驱动多达10颗20mA的LED。电感值在4.7µH至22µH之间合适，驱动9或10颗LED时，22µH的TOKO D62系列是高效且小尺寸的不错选择。
• 为防止饱和，电感的电流额定值应与设备的LX电流限制匹配，但在对尺寸要求特别高时，允许电感在10%饱和状态下工作。同时，为获得最佳效率，电感的直流电阻应尽可能低。

  二极管选择

  由于MAX1553/MAX1554的开关频率高，需要高速整流二极管（D1）以实现最佳效率。推荐使用肖特基二极管，因其恢复时间快且正向压降小。二极管的平均和峰值电流额定值应超过平均输出电流和峰值电感电流，反向击穿电压必须超过VOUT。

9. 应用信息

低输入电压应用

MAX1553的最小输入电压为2.7V，MAX1554为3.15V。但只要VCC保持在工作范围内，较低的电池电压仍可用于驱动LED。在大多数系统中，当显示屏开启并背光时，3.3V系统电源处于激活状态，可使用该逻辑电源为VCC供电，同时将电池电源直接连接到升压电感。当EN为低电平时，不消耗电池电流。

PCB布局

由于存在快速开关波形和高电流路径，需要精心设计PCB布局。评估套件（MAX1553EVKIT）可作为正确布局的示例。布局时，应尽量减小IC与电感、二极管、输入电容、输出电容和R1之间的走线长度，保持走线短、直且宽。将嘈杂的走线（如LX节点走线）远离FB。VCC旁路电容（C1）应尽可能靠近IC放置，C1和C2的接地连接应尽可能靠近。R1、R3、C3和BRT电压源的接地应尽可能靠近IC进行星形连接。如果需要，从VCC到C1、从C2到LED以及从LED到R1的走线可以适当延长。

10. 芯片及封装信息

芯片信息

• 晶体管数量：740
• 工艺：BiCMOS

封装信息

可访问www.maximintegrated.com/packages获取最新的封装外形信息和焊盘图案。注意，封装代码中的“+”、“#”或“-”仅表示RoHS状态。

11. 总结

MAX1553/MAX1554是用于驱动2至10颗白光LED的高效40V升压转换器，具有高集成度、灵活的控制方式和多种保护功能。在设计时，需要根据具体应用需求合理选择元件，并注意PCB布局，以确保其性能和稳定性。你在使用这两款转换器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享。