MAX1605：30V 内部开关 LCD 偏置电源的全面解析

在电子设计领域，电源管理芯片的性能和特性对于整个系统的稳定运行至关重要。今天，我们就来深入了解一款备受关注的电源芯片——MAX1605，它是一款 30V 内部开关 LCD 偏置电源，具有诸多独特的优势和特点。

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一、产品概述

MAX1605 是一款集成了 0.5A 内部开关的升压转换器，采用小巧的 6 引脚 SOT23 封装。它的供电电压范围为 +2.4V 至 +5.5V，却能将低至 0.8V 的电池电压提升至最高 30V 的输出电压。其独特的控制方案使其在广泛的负载条件下都能实现高效率。内部的 0.5A MOSFET 减少了外部元件数量，高达 500kHz 的高开关频率则允许使用小型表面贴装元件。此外，电流限制可以设置为 500mA、250mA 或 125mA，方便用户在低电流应用中降低输出纹波和减小元件尺寸。该芯片还具备低静态电源电流和关机模式以节省功耗，适用于小电流需求的小型 LCD 面板，也可用于其他应用场景。同时，还有 MAX1605EVKIT 评估套件可供使用，有助于加快设计时间。

二、应用领域

1. LCD 偏置发生器：为 LCD 面板提供稳定的偏置电压，确保其正常显示。
2. 蜂窝/无绳电话：满足手机等设备对电源的需求，提供稳定的供电。
3. 掌上电脑：为掌上电脑的各种功能模块提供合适的电源。
4. 个人数字助理（PDAs）：保障 PDA 设备的稳定运行。
5. 组织者：为组织者设备提供可靠的电源支持。
6. 手持终端：适用于各种手持终端设备，确保其正常工作。

三、产品特性

1. 可调节输出电压：最高可达 30V，能够满足不同应用场景对电压的需求。
2. 高效性能：在单节锂离子电池供电下，20V 时可提供 20mA 电流，效率高达 88%。
3. 高开关频率：最高可达 500kHz，允许使用小型表面贴装元件，减小电路板尺寸。
4. 可选电感电流限制：可设置为 125mA、250mA 或 500mA，灵活适应不同的负载需求。
5. 低功耗：工作电源电流仅 18μA，关机电流低至 0.1μA，有效节省能源。
6. 小封装形式：提供 6 引脚 TDFN 和 6 引脚 SOT23 两种小型封装，便于电路板布局。

四、引脚配置

引脚	名称	功能
1	SHDN	低电平有效关机输入。逻辑低电平使设备关机，将电源电流降至 0.1μA。正常工作时将 SHDN 连接到 VCC。
2	VCC	IC 电源电压（+2.4V 至 +5.5V）。使用 0.1μF 或更大的电容将 VCC 旁路到 GND。
3	GND	接地
4	LX	电感连接。内部 30V N 沟道 MOSFET 的漏极。关机时 LX 为高阻抗。
5	LIM	电感电流限制选择。将 LIM 连接到 VCC 可设置为 500mA，悬空为 250mA，连接到 GND 为 125mA。
6	FB	反馈输入。连接到输出（VOUT）和 FB 之间的电阻分压器网络，可将输出电压设置在 VIN 和 30V 之间。反馈阈值为 1.25V。

五、电气特性

1. 电源电压和输入电压范围

• 电源电压（VCC）范围为 2.4V 至 5.5V。
• 电感输入电压范围为 0.8V 至 VOUT。

2. 欠压锁定

VCC 下降时，典型滞回为 50mV，欠压锁定电压（VUVLO）范围为 2.0V 至 2.37V。

3. 静态电源电流和关机电源电流

• 静态电源电流（ICC）在 VFB = 1.3V 时为 35μA。
• 关机电源电流（SHDN = GND）为 1μA。

4. 反馈设置点和输入偏置电流

• 反馈设置点（VFB）范围为 1.215V 至 1.285V。
• 反馈输入偏置电流（IFB）在 VFB = 1.3V 时最大为 100nA。

5. LX 相关特性

• LX 电压范围：LIM = VCC 时为 30.5V，电流限制在不同设置下有所不同。
• LX 开关电流限制：LIM 浮空时为 0.18A 至 0.30A，LIM = GND 时为 0.08A 至 0.17A。
• LX 导通电阻：VCC = 3.3V，ILX = 100mA 时为 2Ω。
• LX 泄漏电流：VLX = 30.5V 时为 2μA。
• 最大 LX 导通时间和最小 LX 关断时间也有相应的范围。

6. 控制输入特性

• SHDN 输入阈值：VIH 为 0.8 x VCC，VIL 为 0.2 x VCC。
• SHDN 输入偏置电流：VCC = 5.5V，VSHDN = 0 至 5.5V 时为 -1μA 至 1μA。
• LIM 输入低电平、浮空电平和高电平以及输入偏置电流都有明确的范围。

六、设计要点

1. 电感选择

较小的电感值通常在给定串联电阻或饱和电流下具有较小的物理尺寸。使用较大电感值的电路可能在较低输入电压下启动，纹波较小，但输出功率会降低。电感的饱和电流额定值应大于峰值开关电流，不过允许电感饱和达 20%，尽管这会略微降低效率。

2. 电流限制选择

应用所需的峰值 LX 电流限制（ILX(MAX)）可通过公式计算： [L X(M A X) geq frac{V{OUT } × I{OUT ( MAX ) }}{V{IN (MIN) }}+frac{left(V{OUT }-V{IN (MIN) }right) × t{OFF(MIN) }}{2 × L}] 其中 (t{OFF(MIN)}=0.8 mu s)，(V{IN(MIN) }) 是用于为电感供电的最小电压。设置的电流限制必须大于此计算值，可通过连接 LIM 到 VCC、GND 或使其悬空来选择合适的电流限制。

3. 二极管选择

由于最高 500kHz 的开关频率，需要使用高速整流器。推荐使用肖特基二极管，如摩托罗拉 MBRS0530 或日本 EP05Q03L。为保持高效率，肖特基二极管的平均电流额定值应大于峰值开关电流，反向击穿电压应大于输出电压。

4. 输出滤波电容

对于大多数应用，使用 1μF 或更大的小型陶瓷表面贴装输出电容。对于小型陶瓷电容，输出纹波电压主要由电容值决定。如果使用钽或电解电容，较高的 ESR 会增加输出纹波电压。降低 ESR 可减少输出纹波电压和峰 - 峰瞬态电压。通常首选表面贴装电容，因为它们没有通孔等效电容的电感和电阻。

5. 输入旁路电容

VCC 和 VIN 两个输入都需要旁路电容。使用 0.1μF 陶瓷电容尽可能靠近 IC 对 VCC 进行旁路。输入为电感提供高电流，需要在电感附近进行局部大容量旁路。对于大多数应用，10μF 低 ESR 表面贴装电容就足够了。

6. PCB 布局和接地

仔细的印刷电路板布局对于最小化接地反弹和噪声非常重要。保持 MAX1605 的接地引脚以及输入和输出电容的接地引线间距小于 0.2 英寸（5mm）。此外，尽量缩短所有与 FB 和 LX 的连接。特别是在使用外部反馈电阻时，应将它们尽可能靠近 FB 放置。为了最小化输出电压纹波，最大化输出功率和效率，使用接地平面并将 GND 直接焊接到接地平面。可参考 MAX1605EVKIT 评估套件的布局示例。

七、特殊应用

1. 产生负电压用于 LCD 偏置

MAX1605 可以通过在 LX 引脚添加二极管 - 电容电荷泵电路（D1、D2 和 C3）来产生负输出。反馈仍连接到未加载的正输出，允许 C4 使用非常小的电容值。为了获得最佳稳定性和最低纹波，R1 - R2 串联组合和 C4 的时间常数应接近或小于 C2 和有效负载电阻的时间常数。负输出的负载调节比标准正输出电路稍宽松，在非常轻的负载下可能会上升，可通过降低 R1 和 R2 的电阻并保持其比例来解决。

2. 关机时输出断开

当 MAX1605 关机时，输出仍与输入连接，输出电压降至约 (V_{IN }-0.6 ~V)。对于需要关机时输出隔离的应用，可添加外部 PNP 晶体管。当 MAX1605 激活时，晶体管发射极设置的电压超过输入电压，使晶体管进入饱和区域；关机时，输入电压超过发射极电压，不活动的晶体管在输入和输出之间提供高阻抗隔离。不过，由于 PNP 晶体管的饱和电压和基极电流，效率会略有下降。

八、总结

MAX1605 是一款功能强大、性能优越的电源芯片，在 LCD 偏置电源等应用中具有很大的优势。其可调节的输出电压、高效的性能、灵活的电流限制设置以及多种封装形式，使其能够满足不同应用场景的需求。在设计过程中，合理选择电感、二极管、电容等元件，并注意 PCB 布局和接地，能够充分发挥 MAX1605 的性能，确保系统的稳定运行。各位电子工程师在实际应用中，不妨考虑使用 MAX1605，相信它会给你的设计带来意想不到的效果。你在使用类似电源芯片时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。