高效LED升壓電流調(diào)節(jié)器MAX1698/MAX1698A：設(shè)計(jì)與應(yīng)用解析

在當(dāng)今的電子設(shè)備中，LED 作為高效且可靠的光源，被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)顯示和照明場(chǎng)景。MAXIM 推出的 MAX1698 和 MAX1698A 高效升壓電流調(diào)節(jié)器，為 LED 驅(qū)動(dòng)提供了出色的解決方案。本文將深入探討這兩款器件的特點(diǎn)、應(yīng)用、設(shè)計(jì)要點(diǎn)等內(nèi)容，希望能為電子工程師們?cè)趯?shí)際設(shè)計(jì)中提供有價(jià)值的參考。

文件下載：MAX1698.pdf

一、器件概述

MAX1698 和 MAX1698A 是專(zhuān)為白色或彩色 LED 設(shè)計(jì)的高效驅(qū)動(dòng)器，尤其適用于 PDA 和筆記本電腦的大型 LED 背光顯示。與熒光燈（CCFL）和電致發(fā)光燈（EL）相比，它們具有諸多優(yōu)勢(shì)，如設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單、成本更低、效率更高、燈泡壽命更長(zhǎng)以及可靠性更強(qiáng)。

這兩款器件是開(kāi)關(guān)模式升壓控制器，其獨(dú)特之處在于調(diào)節(jié)的是 LED 電流而非輸出電壓。通過(guò)一個(gè)典型值為 15Ω 的檢測(cè)電阻來(lái)測(cè)量電流，而非昂貴的分?jǐn)?shù)歐姆值電阻。LED 電流控制和調(diào)光可通過(guò)調(diào)節(jié)輸入（ADJ）實(shí)現(xiàn)。對(duì)于更大的光輸出，多個(gè) LED 組可以并聯(lián)連接，總輸出功率可達(dá) 5W。

MAX1698A 在 5W 或更高功率應(yīng)用中，具有比 MAX1698 更高且更精確指定的 CS 電流限制。它們均采用節(jié)省空間的 10 引腳 μMAX 封裝，占用空間僅為 8 引腳 SO 封裝的一半，并且還提供評(píng)估套件（MAX1698EVKIT）以加速設(shè)計(jì)過(guò)程。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

• 電池供電背光應(yīng)用：如 LCD 面板背光，為各類(lèi)便攜式設(shè)備提供穩(wěn)定的背光支持。
• 筆記本電腦：滿(mǎn)足筆記本電腦顯示屏對(duì)高亮度、高效率背光的需求。
• 手持終端和 PDA：為這些設(shè)備的屏幕提供可靠的照明，確保清晰顯示。

三、器件特性

• 高效率：效率超過(guò) 90%，能有效降低功耗，延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間。
• 無(wú)損、可調(diào) LED 亮度：通過(guò) ADJ 引腳可動(dòng)態(tài)調(diào)整 LED 亮度，且不會(huì)造成額外的能量損失。
• 節(jié)省空間的封裝：10 引腳 μMAX 封裝，適合對(duì)空間要求較高的設(shè)計(jì)。
• 簡(jiǎn)單、低成本、高可靠性：相比 CCFL 或 EL 背光，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
• 高輸出功率：總輸出功率可達(dá) 5W，能滿(mǎn)足多種應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

四、電氣特性

（一）絕對(duì)最大額定值

（二）電氣參數(shù)

在不同的工作條件下，器件的各項(xiàng)電氣參數(shù)表現(xiàn)穩(wěn)定。例如，在 (V{CC}=+3.3V)，(T{A}=0^{circ}C) 至 +85°C 的條件下，電源電壓范圍為 2.7V 至 5.5V，靜態(tài)電源電流典型值為 260μA 等。具體參數(shù)可參考文檔中的詳細(xì)表格。

五、引腳說(shuō)明

六、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）設(shè)置最大 LED 電流

通過(guò)電阻 RFB 可設(shè)置主 LED 鏈中的最大電流，計(jì)算公式為 (R{FB}=frac{300 mV}{I{LEDMAX }})，其中 (I_{LEDMAX}) 為最大 LED 電流。

（二）調(diào)節(jié) LED 電流

RFB 設(shè)置了最大 LED 電流，該電流可根據(jù) ADJ 引腳的電壓成比例降低。計(jì)算公式為 (ILED =frac{V{ADJ}}{4.16 cdot R{FB}})，其中 (V_{ADJ}) 是 ADJ 引腳的電壓。需要注意的是，ADJ 電壓低于 50mV 時(shí)，LED 將關(guān)閉。

（三）電感選擇

應(yīng)選擇直流電阻低（約 100mΩ）的電感以減少損耗。典型電感值為 10μH，3.3μH 至 100μH 的電感也可使用。較高的電感值會(huì)降低 MAX1698 的開(kāi)關(guān)頻率，典型工作頻率計(jì)算公式為 (f=frac{0.67 cdot V_{B A T T}}{L})。此外，MAX1698/MAX1698A 將電感峰值電流限制在 1.5A，對(duì)于給定的輸出功率，所需的電感峰值電流額定值約為 (IL(PEAK)=1.0 cdot POUT)，其中 (Pout) 是所有 LED 組的輸出功率（單位：瓦），(IL(PEAK)) 單位為安培。

（四）電容選擇

輸出電容的具體值并非關(guān)鍵，典型值為 0.1μF 至 10μF。較大的值有助于減少輸出紋波，但會(huì)增加尺寸和成本。輸入電容的要求取決于輸入電壓源的類(lèi)型，在許多應(yīng)用中，輸入和輸出電容可使用相同類(lèi)型和值的電容。

（五）晶體管選擇

MAX1698/MAX1698A 驅(qū)動(dòng)外部 N 溝道 MOSFET。由于柵極驅(qū)動(dòng)電壓來(lái)自 VCC，因此使用低閾值 NFET 并在 VCC 或更低的柵源電壓（VGS）下指定導(dǎo)通電阻，可獲得最佳性能。為獲得最佳效果，應(yīng)盡量減小 FET 的 (R{DS(ON)})，且外部 NFET 的最大漏源電壓（(V{DS(MAX)})）必須超過(guò)輸出電壓。

（六）續(xù)流二極管（D1）選擇

由于 MAX1698/MAX1698A 的開(kāi)關(guān)頻率較高，需要高速整流二極管。肖特基二極管因其快速恢復(fù)時(shí)間和低正向壓降，在大多數(shù)應(yīng)用中被推薦使用。要確保二極管的平均和峰值電流額定值分別超過(guò)平均輸出電流和電感峰值電流，并且二極管的反向擊穿電壓必須超過(guò) (V_{OUT})。對(duì)于輸出電壓超過(guò) 40V 的情況，可能需要使用高速硅整流二極管以獲得更高的擊穿電壓。

（七）齊納二極管

在需要對(duì)主 LED 鏈中的一個(gè) LED 開(kāi)路進(jìn)行保護(hù)的應(yīng)用中，可添加齊納二極管。齊納二極管可在電流反饋信號(hào)丟失時(shí)保護(hù) MOSFET 和輸出電容，其齊納電壓應(yīng)至少比 LED 網(wǎng)絡(luò)的最大正向電壓高 2V。

七、PCB 布局

由于存在快速開(kāi)關(guān)波形和大電流路徑，需要進(jìn)行精心的 PCB 布局。評(píng)估時(shí)不應(yīng)使用實(shí)驗(yàn)板和繞線板，可使用 EV 套件（MAX1698EVKIT）輔助設(shè)計(jì)。布局時(shí)，應(yīng)盡量減小到 CS、電感、二極管、輸入電容和輸出電容的走線長(zhǎng)度，保持走線短、直且寬。將嘈雜的走線（如電感的走線）遠(yuǎn)離 FB。VCC 的旁路電容應(yīng)盡可能靠近 IC 放置。

八、總結(jié)

MAX1698 和 MAX1698A 作為高效的 LED 升壓電流調(diào)節(jié)器，具有諸多優(yōu)點(diǎn)和豐富的特性，適用于多種 LED 驅(qū)動(dòng)應(yīng)用。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇和設(shè)置各個(gè)參數(shù)，同時(shí)注意 PCB 布局等細(xì)節(jié)，以確保器件的性能和穩(wěn)定性。希望本文的介紹能幫助大家更好地理解和應(yīng)用這兩款器件，在實(shí)際設(shè)計(jì)中取得理想的效果。大家在使用過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。