探索MAX1578/MAX1579：小尺寸TFT顯示屏的理想電源解決方案

在當今的電子設備設計中，小尺寸TFT顯示屏的應用越來越廣泛，如PDA、智能手機、互聯網設備等。而對于這些設備，如何為顯示屏提供穩定、高效的電源是一個關鍵問題。Maxim的MAX1578/MAX1579芯片為我們提供了一個出色的解決方案，下面就來詳細了解一下這兩款芯片。

文件下載：MAX1579.pdf

芯片概述

MAX1578/MAX1579專為滿足手持設備中小尺寸有源矩陣TFT - LCD顯示屏的所有電壓要求而設計，能夠提供四個穩壓輸出。其輸入電壓范圍為2.7V至5.5V，采用了先進的電荷泵和升壓轉換器技術，并且只需極少的外部組件，就可實現高效的電源供應。該芯片采用了節省空間的24引腳4mm x 4mm薄型QFN封裝，非常適合對空間要求較高的應用場景。

應用領域廣泛

MAX1578/MAX1579的應用范圍十分廣泛，主要包括以下幾類：

1. PDA和掌上電腦：為這類設備的顯示屏提供穩定的電源，確保顯示效果清晰、流暢。
2. 智能手機：滿足手機小尺寸TFT顯示屏的供電需求，提升電池續航能力。
3. 互聯網設備：如一些小型的智能終端設備，為其顯示屏提供高效的電源解決方案。
4. 帶白色LED背光的LCD顯示器：能夠驅動白色LED實現均勻的背光照明。

芯片特性亮點

集成度高

將四個穩壓器集成在一個封裝內，包括三個用于LCD偏置電源的先進電荷泵和一個用于驅動白色LED的升壓轉換器。這種高度集成的設計減少了外部組件的數量，降低了電路板的復雜度和成本。

偏置電源優勢

• 電荷泵供電：通過電荷泵提供固定的+5V、+15V和 - 10V電壓，分別用于源極驅動器、VON和VOFF。其中+5V輸出由一個高效的分數（1.5x/2x）電荷泵和一個低壓差線性穩壓器提供，能夠自動切換模式以實現最高的轉換效率。
• 無需外部二極管：獨特的設計使得電荷泵無需外部二極管，簡化了電路設計。
• 輸出排序：在啟動和關閉過程中，輸出電壓按照特定的順序進行切換，確保系統的穩定性。在關閉時，輸出會自動放電至零，保護設備安全。

LED背光電源出色

• 高效驅動：采用內部MOSFET、1MHz升壓轉換器，能夠以恒定電流驅動多達8個串聯的白色LED，為顯示屏提供均勻的背光照明。串聯連接方式保證了LED電流相同，實現了均勻的亮度，同時減少了連接到LED的走線數量。
• 溫度保護：MAX1579具備溫度降額功能，可避免在高溫環境下過度驅動白色LED。在低于+42°C時，能夠提供更高的驅動電流，提高了顯示屏在不同溫度環境下的可靠性。
• 調光控制靈活：支持PWM或模擬調光控制。通過將CTRL連接到0.24V至1.65V的輸入，可以設置外部LED的亮度；使用200Hz至200kHz的未濾波PWM調光信號驅動CTRL，可使LED的直流電流與信號的占空比成正比。

高效節能

• 偏置電源效率：主電荷泵在特定條件下效率可達83%，正/負電荷泵效率高達97%。
• LED背光效率：在驅動6個串聯LED、電流為20mA時，效率可達84%。

低電磁干擾

電荷泵采用獨特的時鐘方案和內部驅動器，消除了寄生充電電流毛刺，降低了最大輸入電流，從而減少了電磁輻射。

保護功能完善

• 過壓保護：當OUT電壓超過34V時，MAX1578/MAX1579會關閉N溝道MOSFET；當OUT電壓降至32V以下時，芯片重新進入軟啟動狀態。
• 熱關斷保護：當芯片溫度超過+160°C時，會自動關閉，防止芯片過熱損壞。

低功耗設計

在關機模式下，靜態電流可降低至1μA，有效延長了設備的電池續航時間。

電氣特性詳解

輸入電壓范圍

輸入電壓范圍為2.7V至5.5V，能夠適應多種電源供應，如鋰電池等。

欠壓鎖定（UVLO）

當輸入電壓低于2.35V（典型值）時，UVLO功能會禁用LED升壓轉換器和電荷泵；當輸入電壓上升到2.35V以上，且VCTRL和VONBIAS為高電平時，升壓轉換器和電荷泵將被啟用。

靜態電流

在開關模式下，輸入靜態電流典型值為3mA；在關機模式下，靜態電流可低至1μA。

輸出電壓

• 主輸出（MAIN）：通過主電荷泵和低壓差線性穩壓器提供穩定的+5V輸出，最大輸出電流可達25mA。
• 正輸出（POS）：由正電荷泵產生+15V輸出，輸出電流為100μA。
• 負輸出（NEG）：負電荷泵提供 - 10V輸出，輸出電流為100μA。

LED驅動

• 效率：在驅動6個串聯LED、電流為20mA時，效率可達84%。
• 輸出電壓調節：通過調節CS引腳的電壓，實現對LED電流的恒定控制。

典型工作特性

LED效率與輸入電壓和電流的關系

從典型工作特性曲線可以看出，LED效率與輸入電壓和LED電流密切相關。在一定范圍內，隨著輸入電壓的增加，LED效率會有所提高；而LED電流越大，效率也會相應提升，但當電流過大時，效率可能會下降。

LED電流與溫度和控制電壓的關系

LED電流會隨著溫度的升高而發生變化，MAX1579的溫度降額功能可以有效保護LED。同時，通過調節CTRL引腳的電壓，可以精確控制LED的電流，從而實現對顯示屏亮度的調節。

引腳功能說明

MAX1578/MAX1579采用24引腳薄型QFN封裝，各引腳功能如下：

1. 電源和接地引腳：IN為電源輸入引腳，GND和PGND為接地引腳，VDD為穩壓主電荷泵輸出引腳。
2. 電荷泵相關引腳：C1N、C2N、C1P、C2P為電荷泵電容連接引腳，MAIN、POS、NEG為電荷泵輸出引腳，ONBIAS為邏輯輸入引腳，用于啟用或禁用電荷泵。
3. LED驅動相關引腳：COMP為LED驅動器補償引腳，CS為電流感測反饋輸入引腳，CTRL為LED亮度控制輸入引腳，OUT為過壓感測輸入引腳，LX為電感連接引腳。

應用設計要點

調整LED電流

通過在CS引腳和地之間連接一個電阻來設置最大LED電流。對于MAX1578，計算公式為 (R{CS}=frac{330 mV}{I{LED}})；對于MAX1579，計算公式為 (R{CS}=frac{340 mV}{I{LED}})，其中 (I_{LED}) 是當VCTRL為1.65V時，期望通過LED的最大電流。

LED調光控制

• 使用DAC調光：通過DAC輸出0.24V至1.65V的電壓來驅動CTRL引腳，從而控制LED的亮度。CS引腳的電壓會調節到VCTRL的20%，以控制通過LED的電流。
• 直接PWM調光：將邏輯電平的PWM信號直接應用到CTRL引腳，PWM信號的頻率范圍為200Hz至200kHz。0%占空比對應零電流，100%占空比對應滿電流。誤差放大器和補償電容形成一個低通濾波器，使得PWM調光能夠實現對LED的直流電流控制，無需額外的RC濾波器。

輸入/輸出紋波控制

輸入紋波取決于電源的輸出阻抗，可以通過在輸入端添加低通濾波器或增加輸入電容（如將CIN增加到10μF）來降低輸入紋波。同樣，輸出濾波器或更高的輸出電容值可以減少輸出紋波。

元件選擇

• 電容選擇：建議使用具有X5R、X7R或更好電介質的低ESR陶瓷電容，并將這些電容盡可能靠近IC放置，以確保在寬溫度范圍內的穩定性。
• 電感選擇：推薦的電感值范圍為10μH至47μH，22μH的電感在大多數應用中能優化效率，同時保持較低的15mVP - P輸入紋波。在輸入電壓接近5V時，較大的電感值可能更高效。要確保電感的飽和電流額定值超過應用中的峰值電感電流。
• 肖特基二極管選擇：MAX1578/MAX1579需要一個高速整流二極管（D1），推薦使用肖特基二極管，因為它具有快速的恢復時間和較低的正向電壓降。要確保二極管的平均和峰值電流額定值分別超過平均輸出電流和峰值電感電流，并且二極管的反向擊穿電壓必須超過OUT引腳的電壓。

PCB布局和布線

由于存在快速開關波形，需要進行精心的PCB布局。評估套件（MAX1578EVKIT）可用于加速設計。布局時，應盡量減小IC與R1、電感、二極管、輸入電容和輸出電容之間的走線長度，保持走線短、直且寬。將嘈雜的走線（如LX節點走線）遠離CS引腳。IN旁路電容（CIN）應盡可能靠近IC放置，電荷泵的傳輸電容應盡可能靠近IC。PGND和GND應直接連接到IC下方的裸露焊盤，CIN和COUT的接地連接應盡可能靠近。從IN到電感以及從肖特基二極管到LED的走線可以適當長一些。

總結

MAX1578/MAX1579是一款性能卓越的小尺寸TFT顯示屏電源解決方案，具有高度集成、高效節能、保護功能完善等優點。在實際應用中，電子工程師需要根據具體需求合理選擇元件，精心設計PCB布局，以充分發揮芯片的性能。同時，通過靈活運用LED調光控制技術，可以實現對顯示屏亮度的精確調節，滿足不同場景的使用需求。大家在使用過程中遇到任何問題，歡迎在評論區交流討論。