MAX1573：高效驅動白光 LED 的電荷泵芯片

在如今的電子設備中，白光 LED 的應用越來越廣泛，從手機、PDA 到數碼攝像機等，都離不開它。而如何高效、穩定地驅動這些白光 LED 成為了電子工程師們關注的重點。今天，我們就來詳細了解一下 Maxim 公司推出的 MAX1573 白光 LED 1x/1.5x 電荷泵芯片。

文件下載：MAX1573.pdf

一、產品概述

MAX1573 是一款能夠驅動多達四個白光 LED 的分數型電荷泵，通過調節恒定電流來保證 LED 亮度的均勻性。它采用了專有的自適應 1x/1.5x 模式以及超低漏失電流調節器，在單節鋰離子電池的整個輸入電壓范圍內都能保持較高的效率。其 1MHz 的固定開關頻率允許使用微小的外部組件，并且其調節方案經過優化，可確保低電磁干擾（EMI）和低輸入紋波。

特點

1. 高效節能：采用專有的自適應 1x/1.5x 模式，最高效率可達 92%，能有效延長電池續航時間。
2. 高精度電流匹配：LED 電流匹配精度高達 0.2%，保證了多個 LED 亮度的一致性。
3. 低紋波和 EMI：低輸入紋波和 EMI 特性，減少了對周圍電路的干擾，提高了系統的穩定性。
4. 無需鎮流電阻：消除了鎮流電阻的使用，簡化了電路設計，降低了成本。
5. 多種調光方式：支持邏輯或 PWM 調光控制，可根據實際需求靈活調節 LED 亮度。
6. 低功耗：關機電流低至 0.1μA，進一步降低了系統功耗。
7. 寬輸入電壓范圍：2.7V 至 5.5V 的輸入電壓范圍，適用于各種電源環境。
8. 保護功能完善：具備軟啟動、輸出過壓保護和熱關斷保護等功能，提高了芯片的可靠性和穩定性。
9. 小巧封裝：提供了超小尺寸的芯片級 UCSP（2.1mm x 2.1mm x 0.6mm）和 16 引腳薄型 QFN 封裝，節省了電路板空間。

應用場景

• 手機、智能手機
• PDA、數碼相機、數碼攝像機
• MP3 播放器
• 其他帶彩色顯示屏的手持設備

二、電氣特性

電壓與電流參數

其他參數

這些電氣特性為工程師在設計電路時提供了重要的參考依據，確保芯片能夠在合適的條件下正常工作。

三、工作原理與模式

輸出調節

MAX1573 在低于漏失電壓時工作在 1x 模式，當接近漏失電壓時切換到 1.5x 電荷泵模式，將 LED1 - LED4 中最低電壓調節至 150mV，即使在電池電壓很低的情況下也能保持 LED 亮度恒定。這種模式切換過程中不會出現 LED 亮度變化，保證了顯示屏無閃爍。同時，切換方案具有低滯后特性，減少了在效率較低的 1.5x 模式下的工作時間。1x 模式幾乎不產生紋波，1.5x 模式通過控制傳輸電容的充電速率來調節輸出電壓，使開關頻率保持恒定，從而降低了輸入紋波和穩定了噪聲頻譜。

軟啟動

芯片內置軟啟動電路，用于限制開機時的浪涌電流。當輸出電壓與輸入電壓相差較大時，輸出電容通過 DAC 斜坡電流源直接從輸入充電（無電荷泵作用），直到輸出電壓接近輸入電壓。此時，電荷泵判斷需要 1x 還是 1.5x 模式。在 1x 模式下，軟啟動結束，進入正常工作狀態；在 1.5x 模式下，軟啟動持續到 LED1 - LED4 中最低電壓達到調節值。如果出現過載情況，軟啟動每 2.1ms 重復一次。若輸出短路到地，MAX1573 的分數切換技術會限制輸出電流。

真關機模式

當 EN1 和 EN2 接地時，MAX1573 進入關機狀態。此時，電荷泵會檢查輸入電壓與輸出電壓的大小關系，并根據需要將傳輸電容節點短路到 IN 或 OUT。無論哪種情況，輸出都呈高阻抗狀態。

熱關斷

芯片還具備熱關斷功能，當溫度達到約 +160°C 時，熱限電路會關閉芯片。當芯片冷卻約 20°C 后，重新開啟。

四、調光控制

使用 EN1 和 EN2 調光

可以將 EN1 和 EN2 輸入作為一個 2 位數字信號，用于控制開關、1/10、3/10 和滿電流。通過設置 RSET 電阻來編程滿電流水平。具體的 EN1/EN2 狀態與亮度、LED 電流的關系如下表所示：

使用 PWM 信號調光

直接 PWM 調光

將 EN2 用于關機控制，用 PWM 信號驅動 EN1。電流可以在 1/10 到滿值之間變化。典型工作特性中的波形顯示了調光的響應時間。EN2 使芯片保持開啟狀態，消除了可能影響 PWM 控制的軟啟動延遲，允許 PWM 頻率最高達到 50kHz。

濾波 PWM 調光

使用高頻 PWM 信號驅動 SET 引腳的 R - C - R 濾波器。0% 的 PWM 占空比對應 18.7mA/LED，100% 的 PWM 占空比對應 0mA/LED。當 PWM 頻率高于 5kHz 時，可以減小 C3 的值。

五、設計注意事項

輸入紋波

對于 LED 驅動器，輸入紋波比輸出紋波更為重要。輸入紋波取決于電源的阻抗。可以在輸入端添加低通濾波器來進一步降低輸入紋波。例如，使用 C - R - C 濾波器可以在驅動 75mA 負載時將輸入紋波降低到小于 2mVP - P。另外，將 CIN 增加到 2.2μF 或 4.7μF 也可以分別獲得 17mVP - P 或 9mVP - P 的輸入紋波，同時僅略微增加電路板面積。1x 模式的輸入紋波始終非常低。

PCB 布局和布線

由于 MAX1573 是高頻開關電容電壓調節器，為了獲得最佳電路性能，應使用實心接地層，并將 CIN 和 COUT 盡可能靠近 MAX1573 放置。同時，將它們的接地引腳靠近連接，并盡可能靠近 GND。可以參考 MAX1573 EV 套件的布局。在正常工作條件下，功耗較低。最大功耗發生在輸入電壓為 4.2V，且四個 LED（VF = 4V）都以 30mA 電流驅動時。

組件選擇

六、總結

MAX1573 以其高效、穩定、靈活的驅動特性以及完善的保護功能，成為了驅動白光 LED 的理想選擇。無論是在降低功耗、提高系統穩定性還是在簡化電路設計方面，都表現出色。電子工程師們在設計相關電子設備時，可以充分考慮 MAX1573 的這些優勢，根據具體的應用需求進行合理的電路設計和組件選擇。你在使用類似芯片時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。