探索MAX1579：小尺寸TFT显示屏的理想电源解决方案

探索MAX1578/MAX1579：小尺寸TFT显示屏的理想电源解决方案

在当今的电子设备设计中，小尺寸TFT显示屏的应用越来越广泛，如PDA、智能手机、互联网设备等。而对于这些设备，如何为显示屏提供稳定、高效的电源是一个关键问题。Maxim的MAX1578/MAX1579芯片为我们提供了一个出色的解决方案，下面就来详细了解一下这两款芯片。

文件下载：MAX1579.pdf

芯片概述

MAX1578/MAX1579专为满足手持设备中小尺寸有源矩阵TFT - LCD显示屏的所有电压要求而设计，能够提供四个稳压输出。其输入电压范围为2.7V至5.5V，采用了先进的电荷泵和升压转换器技术，并且只需极少的外部组件，就可实现高效的电源供应。该芯片采用了节省空间的24引脚4mm x 4mm薄型QFN封装，非常适合对空间要求较高的应用场景。

应用领域广泛

MAX1578/MAX1579的应用范围十分广泛，主要包括以下几类：

1. PDA和掌上电脑：为这类设备的显示屏提供稳定的电源，确保显示效果清晰、流畅。
2. 智能手机：满足手机小尺寸TFT显示屏的供电需求，提升电池续航能力。
3. 互联网设备：如一些小型的智能终端设备，为其显示屏提供高效的电源解决方案。
4. 带白色LED背光的LCD显示器：能够驱动白色LED实现均匀的背光照明。

芯片特性亮点

集成度高

将四个稳压器集成在一个封装内，包括三个用于LCD偏置电源的先进电荷泵和一个用于驱动白色LED的升压转换器。这种高度集成的设计减少了外部组件的数量，降低了电路板的复杂度和成本。

偏置电源优势

• 电荷泵供电：通过电荷泵提供固定的+5V、+15V和 - 10V电压，分别用于源极驱动器、VON和VOFF。其中+5V输出由一个高效的分数（1.5x/2x）电荷泵和一个低压差线性稳压器提供，能够自动切换模式以实现最高的转换效率。
• 无需外部二极管：独特的设计使得电荷泵无需外部二极管，简化了电路设计。
• 输出排序：在启动和关闭过程中，输出电压按照特定的顺序进行切换，确保系统的稳定性。在关闭时，输出会自动放电至零，保护设备安全。

LED背光电源出色

• 高效驱动：采用内部MOSFET、1MHz升压转换器，能够以恒定电流驱动多达8个串联的白色LED，为显示屏提供均匀的背光照明。串联连接方式保证了LED电流相同，实现了均匀的亮度，同时减少了连接到LED的走线数量。
• 温度保护：MAX1579具备温度降额功能，可避免在高温环境下过度驱动白色LED。在低于+42°C时，能够提供更高的驱动电流，提高了显示屏在不同温度环境下的可靠性。
• 调光控制灵活：支持PWM或模拟调光控制。通过将CTRL连接到0.24V至1.65V的输入，可以设置外部LED的亮度；使用200Hz至200kHz的未滤波PWM调光信号驱动CTRL，可使LED的直流电流与信号的占空比成正比。

高效节能

• 偏置电源效率：主电荷泵在特定条件下效率可达83%，正/负电荷泵效率高达97%。
• LED背光效率：在驱动6个串联LED、电流为20mA时，效率可达84%。

低电磁干扰

电荷泵采用独特的时钟方案和内部驱动器，消除了寄生充电电流毛刺，降低了最大输入电流，从而减少了电磁辐射。

保护功能完善

• 过压保护：当OUT电压超过34V时，MAX1578/MAX1579会关闭N沟道MOSFET；当OUT电压降至32V以下时，芯片重新进入软启动状态。
• 热关断保护：当芯片温度超过+160°C时，会自动关闭，防止芯片过热损坏。

低功耗设计

在关机模式下，静态电流可降低至1µA，有效延长了设备的电池续航时间。

电气特性详解

输入电压范围

输入电压范围为2.7V至5.5V，能够适应多种电源供应，如锂电池等。

欠压锁定（UVLO）

当输入电压低于2.35V（典型值）时，UVLO功能会禁用LED升压转换器和电荷泵；当输入电压上升到2.35V以上，且VCTRL和VONBIAS为高电平时，升压转换器和电荷泵将被启用。

静态电流

在开关模式下，输入静态电流典型值为3mA；在关机模式下，静态电流可低至1µA。

输出电压

• 主输出（MAIN）：通过主电荷泵和低压差线性稳压器提供稳定的+5V输出，最大输出电流可达25mA。
• 正输出（POS）：由正电荷泵产生+15V输出，输出电流为100µA。
• 负输出（NEG）：负电荷泵提供 - 10V输出，输出电流为100µA。

LED驱动

• 效率：在驱动6个串联LED、电流为20mA时，效率可达84%。
• 输出电压调节：通过调节CS引脚的电压，实现对LED电流的恒定控制。

典型工作特性

LED效率与输入电压和电流的关系

从典型工作特性曲线可以看出，LED效率与输入电压和LED电流密切相关。在一定范围内，随着输入电压的增加，LED效率会有所提高；而LED电流越大，效率也会相应提升，但当电流过大时，效率可能会下降。

LED电流与温度和控制电压的关系

LED电流会随着温度的升高而发生变化，MAX1579的温度降额功能可以有效保护LED。同时，通过调节CTRL引脚的电压，可以精确控制LED的电流，从而实现对显示屏亮度的调节。

引脚功能说明

MAX1578/MAX1579采用24引脚薄型QFN封装，各引脚功能如下：

1. 电源和接地引脚：IN为电源输入引脚，GND和PGND为接地引脚，VDD为稳压主电荷泵输出引脚。
2. 电荷泵相关引脚：C1N、C2N、C1P、C2P为电荷泵电容连接引脚，MAIN、POS、NEG为电荷泵输出引脚，ONBIAS为逻辑输入引脚，用于启用或禁用电荷泵。
3. LED驱动相关引脚：COMP为LED驱动器补偿引脚，CS为电流感测反馈输入引脚，CTRL为LED亮度控制输入引脚，OUT为过压感测输入引脚，LX为电感连接引脚。

应用设计要点

调整LED电流

通过在CS引脚和地之间连接一个电阻来设置最大LED电流。对于MAX1578，计算公式为 (R{CS}=frac{330 mV}{I{LED}})；对于MAX1579，计算公式为 (R{CS}=frac{340 mV}{I{LED}})，其中 (I_{LED}) 是当VCTRL为1.65V时，期望通过LED的最大电流。

LED调光控制

• 使用DAC调光：通过DAC输出0.24V至1.65V的电压来驱动CTRL引脚，从而控制LED的亮度。CS引脚的电压会调节到VCTRL的20%，以控制通过LED的电流。
• 直接PWM调光：将逻辑电平的PWM信号直接应用到CTRL引脚，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调光能够实现对LED的直流电流控制，无需额外的RC滤波器。

输入/输出纹波控制

输入纹波取决于电源的输出阻抗，可以通过在输入端添加低通滤波器或增加输入电容（如将CIN增加到10µF）来降低输入纹波。同样，输出滤波器或更高的输出电容值可以减少输出纹波。

元件选择

• 电容选择：建议使用具有X5R、X7R或更好电介质的低ESR陶瓷电容，并将这些电容尽可能靠近IC放置，以确保在宽温度范围内的稳定性。
• 电感选择：推荐的电感值范围为10µH至47µH，22µH的电感在大多数应用中能优化效率，同时保持较低的15mVP - P输入纹波。在输入电压接近5V时，较大的电感值可能更高效。要确保电感的饱和电流额定值超过应用中的峰值电感电流。
• 肖特基二极管选择：MAX1578/MAX1579需要一个高速整流二极管（D1），推荐使用肖特基二极管，因为它具有快速的恢复时间和较低的正向电压降。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峰值电感电流，并且二极管的反向击穿电压必须超过OUT引脚的电压。

PCB布局和布线

由于存在快速开关波形，需要进行精心的PCB布局。评估套件（MAX1578EVKIT）可用于加速设计。布局时，应尽量减小IC与R1、电感、二极管、输入电容和输出电容之间的走线长度，保持走线短、直且宽。将嘈杂的走线（如LX节点走线）远离CS引脚。IN旁路电容（CIN）应尽可能靠近IC放置，电荷泵的传输电容应尽可能靠近IC。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。

总结

MAX1578/MAX1579是一款性能卓越的小尺寸TFT显示屏电源解决方案，具有高度集成、高效节能、保护功能完善等优点。在实际应用中，电子工程师需要根据具体需求合理选择元件，精心设计PCB布局，以充分发挥芯片的性能。同时，通过灵活运用LED调光控制技术，可以实现对显示屏亮度的精确调节，满足不同场景的使用需求。大家在使用过程中遇到任何问题，欢迎在评论区交流讨论。