高效LED升压电流调节器MAX1698：设计与应用解析

高效LED升压电流调节器MAX1698/MAX1698A：设计与应用解析

在当今的电子设备中，LED 作为高效且可靠的光源，被广泛应用于各类显示和照明场景。MAXIM 推出的 MAX1698 和 MAX1698A 高效升压电流调节器，为 LED 驱动提供了出色的解决方案。本文将深入探讨这两款器件的特点、应用、设计要点等内容，希望能为电子工程师们在实际设计中提供有价值的参考。

文件下载：MAX1698.pdf

一、器件概述

MAX1698 和 MAX1698A 是专为白色或彩色 LED 设计的高效驱动器，尤其适用于 PDA 和笔记本电脑的大型 LED 背光显示。与荧光灯（CCFL）和电致发光灯（EL）相比，它们具有诸多优势，如设计更简单、成本更低、效率更高、灯泡寿命更长以及可靠性更强。

这两款器件是开关模式升压控制器，其独特之处在于调节的是 LED 电流而非输出电压。通过一个典型值为 15Ω 的检测电阻来测量电流，而非昂贵的分数欧姆值电阻。LED 电流控制和调光可通过调节输入（ADJ）实现。对于更大的光输出，多个 LED 组可以并联连接，总输出功率可达 5W。

MAX1698A 在 5W 或更高功率应用中，具有比 MAX1698 更高且更精确指定的 CS 电流限制。它们均采用节省空间的 10 引脚 µMAX 封装，占用空间仅为 8 引脚 SO 封装的一半，并且还提供评估套件（MAX1698EVKIT）以加速设计过程。

二、应用领域

• 电池供电背光应用：如 LCD 面板背光，为各类便携式设备提供稳定的背光支持。
• 笔记本电脑：满足笔记本电脑显示屏对高亮度、高效率背光的需求。
• 手持终端和 PDA：为这些设备的屏幕提供可靠的照明，确保清晰显示。

三、器件特性

• 高效率：效率超过 90%，能有效降低功耗，延长电池续航时间。
• 无损、可调 LED 亮度：通过 ADJ 引脚可动态调整 LED 亮度，且不会造成额外的能量损失。
• 节省空间的封装：10 引脚 µMAX 封装，适合对空间要求较高的设计。
• 简单、低成本、高可靠性：相比 CCFL 或 EL 背光，具有明显的优势。
• 高输出功率：总输出功率可达 5W，能满足多种应用场景的需求。

四、电气特性

（一）绝对最大额定值

参数	额定值
VCC、SHDN 到 GND	-0.3V 至 +6V
EXT、FB、CS、ADJ、REF 到 GND	-0.3V 至 (VCC + 0.3V)
GND 到 PGND	±0.3V
连续功率耗散（TA = +70°C）	10 引脚 µMAX（+70°C 以上每升高 1°C 降额 5.6mW）：444mW

（二）电气参数

在不同的工作条件下，器件的各项电气参数表现稳定。例如，在 (V{CC}=+3.3V)，(T{A}=0^{circ}C) 至 +85°C 的条件下，电源电压范围为 2.7V 至 5.5V，静态电源电流典型值为 260µA 等。具体参数可参考文档中的详细表格。

五、引脚说明

引脚	名称	功能
1	VCC	IC 电源电压输入，为内部电路供电，输入范围 2.7V 至 5.5V。
2	SHDN	低电平有效关断输入，关断时外部 N 沟道 FET 关闭，但输入和输出之间仍存在电流路径。
3	REF	1.25V 参考输出，可为外部负载提供 150µA 电流，内部已补偿，无需外接旁路电容。
4	ADJ	调节输入，可动态调整输出电流，当 ADJ = REF 时，FB 调节至 300mV。
5、7	GND	接地
6	FB	反馈输入，连接到外部 LED 电流检测反馈电阻。
8	PGND	功率接地
9	CS	FET 电流检测输入
10	EXT	栅极驱动器输出

六、设计要点

（一）设置最大 LED 电流

通过电阻 RFB 可设置主 LED 链中的最大电流，计算公式为 (R{FB}=frac{300 mV}{I{LEDMAX }})，其中 (I_{LEDMAX}) 为最大 LED 电流。

（二）调节 LED 电流

RFB 设置了最大 LED 电流，该电流可根据 ADJ 引脚的电压成比例降低。计算公式为 (ILED =frac{V{ADJ}}{4.16 cdot R{FB}})，其中 (V_{ADJ}) 是 ADJ 引脚的电压。需要注意的是，ADJ 电压低于 50mV 时，LED 将关闭。

（三）电感选择

应选择直流电阻低（约 100mΩ）的电感以减少损耗。典型电感值为 10µH，3.3µH 至 100µH 的电感也可使用。较高的电感值会降低 MAX1698 的开关频率，典型工作频率计算公式为 (f=frac{0.67 cdot V_{B A T T}}{L})。此外，MAX1698/MAX1698A 将电感峰值电流限制在 1.5A，对于给定的输出功率，所需的电感峰值电流额定值约为 (IL(PEAK)=1.0 cdot POUT)，其中 (Pout) 是所有 LED 组的输出功率（单位：瓦），(IL(PEAK)) 单位为安培。

（四）电容选择

输出电容的具体值并非关键，典型值为 0.1µF 至 10µF。较大的值有助于减少输出纹波，但会增加尺寸和成本。输入电容的要求取决于输入电压源的类型，在许多应用中，输入和输出电容可使用相同类型和值的电容。

（五）晶体管选择

MAX1698/MAX1698A 驱动外部 N 沟道 MOSFET。由于栅极驱动电压来自 VCC，因此使用低阈值 NFET 并在 VCC 或更低的栅源电压（VGS）下指定导通电阻，可获得最佳性能。为获得最佳效果，应尽量减小 FET 的 (R{DS(ON)})，且外部 NFET 的最大漏源电压（(V{DS(MAX)})）必须超过输出电压。

（六）续流二极管（D1）选择

由于 MAX1698/MAX1698A 的开关频率较高，需要高速整流二极管。肖特基二极管因其快速恢复时间和低正向压降，在大多数应用中被推荐使用。要确保二极管的平均和峰值电流额定值分别超过平均输出电流和电感峰值电流，并且二极管的反向击穿电压必须超过 (V_{OUT})。对于输出电压超过 40V 的情况，可能需要使用高速硅整流二极管以获得更高的击穿电压。

（七）齐纳二极管

在需要对主 LED 链中的一个 LED 开路进行保护的应用中，可添加齐纳二极管。齐纳二极管可在电流反馈信号丢失时保护 MOSFET 和输出电容，其齐纳电压应至少比 LED 网络的最大正向电压高 2V。

七、PCB 布局

由于存在快速开关波形和大电流路径，需要进行精心的 PCB 布局。评估时不应使用实验板和绕线板，可使用 EV 套件（MAX1698EVKIT）辅助设计。布局时，应尽量减小到 CS、电感、二极管、输入电容和输出电容的走线长度，保持走线短、直且宽。将嘈杂的走线（如电感的走线）远离 FB。VCC 的旁路电容应尽可能靠近 IC 放置。

八、总结

MAX1698 和 MAX1698A 作为高效的 LED 升压电流调节器，具有诸多优点和丰富的特性，适用于多种 LED 驱动应用。在设计过程中，工程师们需要根据具体的应用需求，合理选择和设置各个参数，同时注意 PCB 布局等细节，以确保器件的性能和稳定性。希望本文的介绍能帮助大家更好地理解和应用这两款器件，在实际设计中取得理想的效果。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。