MAX1561：高效26V升压转换器为白色LED照明助力

MAX1561/MAX1599：高效26V升压转换器为白色LED照明助力

在当今的电子设备中，白色LED的应用越来越广泛，比如手机、PDA等手持设备的背光照明。而MAXIM推出的MAX1561/MAX1599高效26V升压转换器，为这些设备中的白色LED驱动提供了一个优秀的解决方案。接下来，我们就详细探讨一下这款转换器。

文件下载：MAX1561.pdf

一、产品概述

MAX1561/MAX1599能够以恒定电流驱动多达6个白色LED，为手机、PDA等手持设备提供背光照明。其升压转换器拓扑允许白色LED串联连接，这样每个LED的电流都相同，从而保证了均匀的亮度。这种配置不仅省去了镇流电阻，还无需进行昂贵的工厂校准。

该转换器集成了一个内部高压、低RDS(ON)的N沟道MOSFET开关，这有助于提高效率并延长电池使用寿命。仅需一个Dual Mode™输入，就能实现简单的亮度调节和开关控制。快速的1MHz（MAX1599为500kHz）电流模式、脉宽调制（PWM）操作，使得在使用小尺寸的输入和输出电容以及小电感的同时，还能将输入电源/电池上的纹波降至最低。此外，可编程软启动功能消除了启动时的浪涌电流。两款器件均采用节省空间的8引脚3mm x 3mm薄型DFN封装，并带有裸露焊盘（EP）。

二、产品特性

2.1 精准电流调节

能够实现精准的电流调节，为LED提供均匀的照明，避免出现亮度不一致的情况。这对于对显示效果要求较高的设备来说至关重要。

2.2 高效率转换

高达87%的效率，有效降低了功耗，延长了电池的使用时间。在如今追求长续航的手持设备市场中，这一特性无疑是一大亮点。

2.3 灵活调光控制

支持灵活的模拟或PWM调光控制，用户可以根据实际需求轻松调整LED的亮度。无论是在强光环境下需要提高亮度，还是在夜间需要降低亮度以保护眼睛，都能轻松实现。

2.4 高输出功率

内部集成30V MOSFET开关，可提供高达900mW的输出功率，能够满足多个LED同时工作的需求。

2.5 快速PWM操作

MAX1561采用1MHz的PWM操作频率，MAX1599为500kHz，快速的操作频率使得在使用小尺寸的外部组件时，也能有效降低输入和输出纹波。

2.6 宽输入电压范围

输入电压范围为2.6V至5.5V，能够适应多种电源供电，增加了产品的适用性。

2.7 过压保护

具备过压保护功能，当输出电压超过26V（最大值）时，能够自动保护设备，避免因过压而损坏。

2.8 软启动功能

软启动功能可以逐渐点亮LED，消除启动时的浪涌电流，保护LED和其他电路组件，延长其使用寿命。

2.9 低关机电流

关机电流仅为0.3µA，大大降低了设备在不工作时的功耗，进一步节省了能源。

2.10 小尺寸封装

采用8引脚3mm x 3mm的薄型DFN封装，节省了电路板空间，非常适合对空间要求较高的手持设备。

三、电气特性

3.1 电源电压与启动阈值

电源电压范围为2.6V至5.5V，欠压锁定（UVLO）阈值在2.10V至2.55V之间，具有40mV的滞后。这确保了设备在合适的电压范围内稳定启动和工作。

3.2 静态电流与关机电流

在无开关操作时，静态电流典型值为0.38mA；关机状态下，在不同温度条件下，关机电源电流有所不同，在+25°C时为0.3µA，+85°C时最大为2µA。如此低的关机电流，对于需要长时间待机的设备来说非常重要。

3.3 过压锁定阈值

过压锁定（OVLO）阈值在26V至29V之间，当输出电压超过该阈值时，设备会启动保护机制，停止内部MOSFET的开关操作，确保设备安全。

3.4 输出电压与误差放大器特性

输出电压范围与输入电压和二极管正向压降有关，误差放大器在不同条件下，对CTRL到CS的调节、CS输入偏置电流、CTRL输入电阻、CTRL双模式阈值和滞回等都有相应的参数规定，这些参数保证了设备在不同工作状态下的稳定性和准确性。

3.5 振荡器特性

MAX1561的工作频率为0.80MHz至1.25MHz，MAX1599为0.4MHz至0.6MHz，最小占空比为12%，最大占空比在特定条件下可达91%至94%。合适的工作频率和占空比范围，使得设备能够根据实际负载情况进行灵活调整。

3.6 N沟道开关特性

LX导通电阻在特定电流下典型值为1.45Ω，最大为2.25Ω；LX泄漏电流在不同温度和电压条件下有相应的规定；LX电流限制在占空比为90%时，范围为450mA至950mA。这些特性确保了N沟道开关的高效和稳定工作。

四、典型工作特性

4.1 效率与各参数的关系

从效率与LED电流、电感、输入电压和LED数量的关系曲线可以看出，不同的参数组合会对效率产生影响。例如，在大多数应用中，选择22µH（MAX1599为47µH）的电感可以优化效率，同时保持较低的输入纹波。

4.2 LED电流与PWM调光占空比的关系

LED电流与直接PWM调光占空比呈线性关系，0%占空比对应零电流，100%占空比对应满电流。这使得通过PWM信号可以方便地控制LED的亮度。

4.3 输入纹波与电感的关系

输入纹波与电感值有关，合适的电感值可以将输入纹波控制在较低水平，一般在15mVP - P左右。

4.4 开关波形与响应特性

开关波形展示了设备在工作过程中的电压和电流变化情况，包括CTRL阶跃响应、软启动和关机、线路瞬态响应以及直接PWM调光等特性。这些特性有助于工程师了解设备的动态性能，以便进行合理的设计和优化。

五、引脚说明

5.1 OUT引脚

用于过压检测，当输出电压VouT大于27V时，内部N沟道MOSFET关闭，直到VouT降至25V以下，设备重新进入软启动状态。同时，需要从OUT引脚到PGND连接一个0.1uF的电容。

5.2 IN引脚

输入电压源，输入电压范围为2.6V至5.5V，需从IN引脚到PGND连接一个2.2uF的电容，以稳定输入电压。

5.3 CTRL引脚

亮度控制输入引脚，通过施加在该引脚上的电压来控制LED的亮度。电压从0.24V变化到1.62V时，LED亮度从暗变亮，超过1.62V亮度不再增加。如果该引脚电压低于100mV超过8.2ms（MAX1599为16.4ms），设备将进入关机状态。

5.4 CS引脚

电流感应反馈输入引脚，通过连接一个电阻从CS到GND来设置LED偏置电流，CS引脚的电压会调节到VCTRL / 10或0.162V中的较低值。

5.5 COMP引脚

补偿输入引脚，需要从COMP到GND连接一个0.1uF的电容（CcOMP），该电容用于稳定转换器并控制软启动。在关机状态下，CcOMP会放电到GND。

5.6 GND和PGND引脚

接地引脚，需要直接连接到IC下方的裸露焊盘和彼此，以确保良好的接地。

5.7 LX引脚

电感连接引脚，在关机状态下该引脚为高阻抗。

5.8 裸露焊盘（EP）

接地引脚，需直接连接到IC下方的GND和PGND。

六、设计要点

6.1 调整LED电流

通过模拟输入（CTRL）和感测电阻值来设置输出电流，公式为 (LED =frac{V{CTRL }}{10 × R{SENSE }})。为了设置最大电流，当VCTRL达到最大值时，可通过公式 (R_{SENSE }=frac{1.62 V}{10 × LED(MAX)}) 计算感测电阻值。通常，感测电阻的功耗小于5mW，使用标准的贴片电阻即可。

6.2 PWM调光控制

CTRL引脚也可作为数字输入，通过直接施加逻辑电平的PWM信号到该引脚来控制LED的亮度。PWM信号的频率范围为200Hz至200kHz，0%占空比对应零电流，100%占空比对应满电流。误差放大器和补偿电容形成一个低通滤波器，使得PWM调光能够为LED提供直流电流，无需额外的RC滤波器。

6.3 电容选择

输入电容的典型值为2.2µF，输出电容的典型值为0.1µF。虽然可以使用更大值的电容来降低输入和输出纹波，但会增加尺寸和成本。CCOMP电容用于稳定转换器和控制软启动，需连接一个0.1µF的电容从COMP到GND，并且为了保证稳定运行，COUT不能超过CCOMP的10倍。

6.4 电感选择

电感值范围为10µH至47µH，对于大多数应用，选择22µH（MAX1599为47µH）的电感可以优化效率，同时保持较低的15mVP - P输入纹波。当输入电压接近5V时，使用较大值的电感可能会更高效。为了防止磁芯饱和，电感的饱和电流额定值必须超过应用中的峰值电感电流，可通过公式 (P{EAK }=frac{V{OUT(MAX) } × I{LED(MAX) }}{0.8 × V{IN(MIN) }}+frac{V_{IN(MIN)} × 0.8 mu s}{2 × L}) 计算峰值电感电流。

6.5 肖特基二极管选择

由于MAX1561/MAX1599的开关频率较高，需要使用高速整流二极管（D1）以实现最佳效率。建议使用肖特基二极管，因为其具有快速恢复时间和低正向压降。二极管的平均和峰值电流额定值必须超过平均输出电流和峰值电感电流，并且其反向击穿电压必须超过输出电压。RMS二极管电流可通过公式 (DIODE(RMS) cong sqrt{OUT } × I_{PEAK }) 计算。

七、应用注意事项

7.1 PCB布局

由于存在快速开关波形和高电流路径，需要进行精心的PCB布局。可以使用评估套件（MAX1561EVKIT）来加快设计进程，MAX1599样品需单独订购。在布局时，要尽量减小IC与感测电阻、电感、二极管、输入电容和输出电容之间的走线长度，走线应短、直且宽。要将嘈杂的走线（如LX节点走线）与CS引脚保持距离，IN旁路电容（CIN）应尽可能靠近IC放置。PGND和GND应直接连接到IC下方的裸露焊盘，CIN和COUT的接地连接应尽可能靠近。从IN到电感以及从肖特基二极管到LED的走线可以适当长一些。

7.2 芯片与封装信息

该芯片的晶体管数量为2895，采用BiCMOS工艺。封装方面，采用3x3x0.80mm的TDFN封装，带有裸露焊盘，具体的封装尺寸和相关参数可以参考数据手册或访问www.maxim - ic.com/packages获取最新信息。

总之，MAX1561/MAX1599升压转换器凭借其高效、小尺寸、功能丰富等优点，为白色LED驱动提供了一个优秀的解决方案。在实际设计中，工程师需要根据具体的应用需求，合理选择和调整各种参数，注意PCB布局等细节，以充分发挥该转换器的性能。大家在使用过程中遇到过哪些问题或者有什么独特的设计思路呢？欢迎在评论区交流讨论。