MAX25610A/MAX25610B：同步降壓和升降壓LED驅動器/DC - DC轉換器的深度剖析

一、引言

在電子工程師的日常設計中，LED驅動器和DC - DC轉換器是常見的設計元素。今天我們要深入探討的是Maxim Integrated推出的MAX25610A/MAX25610B同步降壓和升降壓LED驅動器/DC - DC轉換器。這款產品在汽車和工業照明等領域有著廣泛的應用前景，下面我們就來詳細了解它的各項特性和設計要點。

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二、產品概述

2.1 基本功能

MAX25610A/MAX25610B是全同步LED驅動器，能夠為大功率LED提供恒定輸出電流。它集成了兩個60mΩ功率MOSFET用于同步操作，大大減少了外部組件的使用。其靈活的配置支持降壓、反相降壓 - 升壓和升壓轉換，采用電流模式控制，具有快速瞬態響應和易于環路穩定的特點。

2.2 保護特性

該產品具備多種保護功能，如逐周期電流限制、輸出過壓保護（OVP）、開路保護、輸出短路保護（SCP）和熱關斷等，這些保護特性有效提高了系統的可靠性。

2.3 調光功能

在LED驅動應用中，可通過REFI引腳進行模擬調光，通過PWMDIM引腳進行PWM調光。當PWMDIM為高電平時，開關開啟；為低電平時，兩個MOSFET均關閉。同時，通過對PWMDIM引腳進行模擬編程，可啟用內置數字調光功能，調光頻率由PWMFRQ引腳選擇。

2.4 電壓調節器

產品包含兩個5V調節器，一個用于IC偏置、REFI和PWMFRQ編程，另一個用于模擬PWMDIM和FLT上拉。開關頻率方面，MAX25610A內部設定為400kHz，MAX25610B為2.2MHz，并且內置擴頻功能以降低EMI噪聲。支持外部和內部電流檢測，LED電流精度分別為±3%和±6%。

2.5 應用場景

非常適合需要高電壓輸入的汽車應用，能承受高達40V的負載突降事件，也可作為DC - DC轉換器使用。產品采用熱增強型16引腳TSSOP - EP和16引腳TQFN封裝，工作溫度范圍為 - 40°C至 + 125°C，滿足汽車溫度要求。

三、電氣特性分析

3.1 輸入電源特性

輸入電源電壓范圍較寬，在降壓 - 升壓配置、外部數字模式PWM調光和內部模擬模式PWM調光下，輸入電壓范圍為5V至36V；在降壓配置下，PWMDIM = INN，VINP = 12V時，輸入電壓范圍為8.3V至36V。靜態電流方面，不同條件下有所不同，如PWMDIM = INN，VINP = 36V時，靜態電流為5 - 7mA。UV鎖定在降壓模式和降壓 - 升壓模式下，上升和下降閾值也有明確規定。

3.2 開關電流特性

MAX25610A和MAX25610B在不同的PWMDIM和VINP條件下，開關電流有所差異。例如，PWMDIM = VEE，VINP = 12V時，MAX25610A的開關電流為12 - 20mA，MAX25610B為35mA。

3.3 其他特性

在PWM調光方面，斜坡頻率可通過PWMFRQ引腳的外部RC設置，PWM頻率精度在理想外部電阻和電容條件下為 - 10%至 + 10%。模擬調光時，在不同的RREFI和輸入電壓條件下，電流調節有相應的值。控制環路中的誤差放大器跨導、斜率補償等也有明確的參數。

四、引腳配置與功能

4.1 引腳布局

產品有TSSOP和TQFN兩種封裝，引腳配置各有特點。主要引腳包括PWMFRQ、LX、PWMDIM、COMP、INP、REFI、AGND、OUT、PGND、INN、BST、VEE、FLT、FB、VCC等。

4.2 引腳功能

• AGND：模擬地，用于連接控制環路補償和其他小信號組件，單點連接到PGND。
• VCC：主5V內部LDO，需用最小0.1μF陶瓷電容旁路到AGND，最小1μF陶瓷電容旁路到PGND。
• PGND：功率接地參考節點，內部連接到內部低端功率MOSFET的源極。
• INP：輸入正電源，內部連接到高端功率FET的漏極，需用陶瓷電容旁路到PGND。
• LX：開關節點，需用寬走線連接輸出電感器，電感器應盡量靠近引腳。
• BST：高端功率MOSFET的驅動電壓，需連接0.1μF陶瓷電容到LX。
• FLT：低電平有效、開漏故障指示輸出，可通過外部上拉電阻連接到外部電源，不用時可懸空。
• VEE：輔助5V調節器，需用最小1μF陶瓷電容旁路到INN。
• INN：輸入電源的接地端，用作降壓轉換器時連接到PGND。
• PWMDIM：調光控制輸入，可連接外部PWM信號進行PWM調光，也可通過模擬電壓控制PWM調光。
• PWMFRQ：PWM調光功能的頻率編程，連接到從VCC到AGND的RC節點。
• FB：LED電流檢測輸入，可用于外部或內部電流檢測配置。
• REFI：模擬調光控制輸入，不同模式下對LED電流有不同的調節方式。

五、功能操作原理

5.1 電流檢測模式

支持內部和外部LED電流檢測。上電時，通過檢測FB引腳電壓確定電流檢測配置。外部檢測時，將FB引腳連接到與LED串串聯的外部檢測電阻；內部檢測時，將FB引腳通過100kΩ電阻連接到VCC。

5.2 開關操作

固定頻率振蕩器在每個時鐘周期開始時開啟內部高端功率FET，電感器電流增加，直到內部PWM比較器觸發關閉高端功率FET，隨后同步低端功率FET開啟，直到下一個時鐘周期開始。

5.3 調光操作

PWMDIM引腳用于LED電流的PWM調光，低電平時，高端和低端功率FET均關閉；高電平時，LED電流調節開始，同時重啟內部振蕩器。模擬編程PWMDIM引腳操作類似，只是使用內部PWM時鐘，調光頻率由PWMFRQ引腳選擇。

5.4 模式選擇

可工作在降壓和降壓 - 升壓或升壓兩種模式，通過連接不同阻值的電阻從VCC到PWMFRQ引腳來選擇。

六、保護功能詳解

6.1 熱保護

當結溫超過 + 165°C時，內部MOSFET停止開關，降低器件功耗；結溫降至 + 155°C以下時，恢復調節，VCC和VEE調節器在熱關斷期間仍繼續調節。

6.2 故障標志

• 外部檢測故障行為：
  • LED短路故障：同時滿足OUT電壓 < SHRT閾值（典型150mV）和啟動消隱定時器結束（典型650μs）時，檢測到故障，FLT標志置低。
  • 接地短路故障：同時滿足OUT電壓 < SHRT閾值、COMP > 3.4V（典型）和啟動消隱定時器結束時，檢測到故障，FLT置低，停止電流調節，內部功率MOSFET關閉。
  • LED開路故障：OUT電壓 > OV閾值（典型3V）時，檢測到故障，FLT置低，停止電流調節，內部MOSFET進入高阻抗狀態。
• 內部檢測故障行為：
  • LED短路故障：同時滿足OUT電壓 < SHRT閾值、REFI電阻 < 280kΩ（典型）和啟動消隱定時器結束時，檢測到故障，FLT標志置低。
  • LED開路故障：與外部檢測時相同，OUT電壓 > OV閾值時，檢測到故障，FLT置低，停止電流調節，內部MOSFET進入高阻抗狀態。

七、應用電路設計要點

7.1 電感選擇

電感的選擇取決于峰值電感電流和允許的電感電流紋波。不同配置下（降壓、升壓、降壓 - 升壓），電感的計算方法不同。例如，降壓LED驅動器中，電感值計算公式為 (L{BUCK }=frac{V{INMIN } × D{MAX }}{f{SW} × Delta IL}) ，應選擇最小電感大于計算值的電感，同時電流額定值應高于峰值電感電流。

7.2 輸入電容選擇

輸入濾波電容用于旁路轉換器吸取的紋波電流，降低高頻電流傳導到輸入電源的幅度。不同配置下（降壓、降壓 - 升壓、升壓），輸入電容的最小值計算公式不同。同時，要考慮電容的DC偏置和溫度對電容值的影響，選擇在最大工作電壓和最大工作溫度下電容值超過最小要求的電容。

7.3 輸出電容選擇

輸出電容要能承受最大工作輸出電壓，輸出電壓紋波是輸出電容、其ESR和ESL的函數。不同配置下（降壓、降壓 - 升壓、升壓），輸出電容的最小值計算公式不同。陶瓷輸出電容具有低ESR和ESL的優點，輸出紋波主要取決于紋波電流和電容。

7.4 補償設計

不同模式下（降壓外部檢測、降壓內部檢測、降壓 - 升壓外部檢測、降壓 - 升壓內部檢測），補償組件的值計算方法不同。例如，降壓外部檢測時，通過一系列公式計算 (R{COMP}) 和 (C{COMP}) 的值，同時表2給出了典型應用的推薦值。

7.5 PCB布局

為保證正常運行和最小化EMI，PCB布局有嚴格要求。如在INP和PGND之間放置電容，在VCC、VEE等引腳與相應地之間放置旁路電容，BST電容靠近BST和LX引腳，放置連續接地平面，減小LX和BST節點表面積，將封裝底部的暴露焊盤連接到AGND，電流檢測線FB和電流檢測電阻底部的線靠近布置，使用單獨的接地平面并單點連接，PWMDIM引腳進行PWM調光時注意電阻連接，使用2oz或更厚的銅等。

八、總結

MAX25610A/MAX25610B同步降壓和升降壓LED驅動器/DC - DC轉換器以其豐富的功能、良好的保護特性和靈活的配置，在汽車和工業照明等領域具有很大的應用潛力。電子工程師在設計過程中，需要深入理解其電氣特性、引腳功能、工作原理和保護機制，合理選擇電感、電容等組件，精心設計補償和PCB布局，以實現最佳的性能和可靠性。大家在實際應用中是否遇到過類似產品的設計挑戰呢？歡迎在評論區分享你的經驗和想法。