MAX1605：30V 內部開關 LCD 偏置電源的全面解析

在電子設計領域，電源管理芯片的性能和特性對于整個系統的穩定運行至關重要。今天，我們就來深入了解一款備受關注的電源芯片——MAX1605，它是一款 30V 內部開關 LCD 偏置電源，具有諸多獨特的優勢和特點。

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一、產品概述

MAX1605 是一款集成了 0.5A 內部開關的升壓轉換器，采用小巧的 6 引腳 SOT23 封裝。它的供電電壓范圍為 +2.4V 至 +5.5V，卻能將低至 0.8V 的電池電壓提升至最高 30V 的輸出電壓。其獨特的控制方案使其在廣泛的負載條件下都能實現高效率。內部的 0.5A MOSFET 減少了外部元件數量，高達 500kHz 的高開關頻率則允許使用小型表面貼裝元件。此外，電流限制可以設置為 500mA、250mA 或 125mA，方便用戶在低電流應用中降低輸出紋波和減小元件尺寸。該芯片還具備低靜態電源電流和關機模式以節省功耗，適用于小電流需求的小型 LCD 面板，也可用于其他應用場景。同時，還有 MAX1605EVKIT 評估套件可供使用，有助于加快設計時間。

二、應用領域

1. LCD 偏置發生器：為 LCD 面板提供穩定的偏置電壓，確保其正常顯示。
2. 蜂窩/無繩電話：滿足手機等設備對電源的需求，提供穩定的供電。
3. 掌上電腦：為掌上電腦的各種功能模塊提供合適的電源。
4. 個人數字助理（PDAs）：保障 PDA 設備的穩定運行。
5. 組織者：為組織者設備提供可靠的電源支持。
6. 手持終端：適用于各種手持終端設備，確保其正常工作。

三、產品特性

1. 可調節輸出電壓：最高可達 30V，能夠滿足不同應用場景對電壓的需求。
2. 高效性能：在單節鋰離子電池供電下，20V 時可提供 20mA 電流，效率高達 88%。
3. 高開關頻率：最高可達 500kHz，允許使用小型表面貼裝元件，減小電路板尺寸。
4. 可選電感電流限制：可設置為 125mA、250mA 或 500mA，靈活適應不同的負載需求。
5. 低功耗：工作電源電流僅 18μA，關機電流低至 0.1μA，有效節省能源。
6. 小封裝形式：提供 6 引腳 TDFN 和 6 引腳 SOT23 兩種小型封裝，便于電路板布局。

四、引腳配置

五、電氣特性

1. 電源電壓和輸入電壓范圍

• 電源電壓（VCC）范圍為 2.4V 至 5.5V。
• 電感輸入電壓范圍為 0.8V 至 VOUT。

2. 欠壓鎖定

VCC 下降時，典型滯回為 50mV，欠壓鎖定電壓（VUVLO）范圍為 2.0V 至 2.37V。

3. 靜態電源電流和關機電源電流

• 靜態電源電流（ICC）在 VFB = 1.3V 時為 35μA。
• 關機電源電流（SHDN = GND）為 1μA。

4. 反饋設置點和輸入偏置電流

• 反饋設置點（VFB）范圍為 1.215V 至 1.285V。
• 反饋輸入偏置電流（IFB）在 VFB = 1.3V 時最大為 100nA。

5. LX 相關特性

• LX 電壓范圍：LIM = VCC 時為 30.5V，電流限制在不同設置下有所不同。
• LX 開關電流限制：LIM 浮空時為 0.18A 至 0.30A，LIM = GND 時為 0.08A 至 0.17A。
• LX 導通電阻：VCC = 3.3V，ILX = 100mA 時為 2Ω。
• LX 泄漏電流：VLX = 30.5V 時為 2μA。
• 最大 LX 導通時間和最小 LX 關斷時間也有相應的范圍。

6. 控制輸入特性

• SHDN 輸入閾值：VIH 為 0.8 x VCC，VIL 為 0.2 x VCC。
• SHDN 輸入偏置電流：VCC = 5.5V，VSHDN = 0 至 5.5V 時為 -1μA 至 1μA。
• LIM 輸入低電平、浮空電平和高電平以及輸入偏置電流都有明確的范圍。

六、設計要點

1. 電感選擇

較小的電感值通常在給定串聯電阻或飽和電流下具有較小的物理尺寸。使用較大電感值的電路可能在較低輸入電壓下啟動，紋波較小，但輸出功率會降低。電感的飽和電流額定值應大于峰值開關電流，不過允許電感飽和達 20%，盡管這會略微降低效率。

2. 電流限制選擇

應用所需的峰值 LX 電流限制（ILX(MAX)）可通過公式計算： [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) }) 是用于為電感供電的最小電壓。設置的電流限制必須大于此計算值，可通過連接 LIM 到 VCC、GND 或使其懸空來選擇合適的電流限制。

3. 二極管選擇

由于最高 500kHz 的開關頻率，需要使用高速整流器。推薦使用肖特基二極管，如摩托羅拉 MBRS0530 或日本 EP05Q03L。為保持高效率，肖特基二極管的平均電流額定值應大于峰值開關電流，反向擊穿電壓應大于輸出電壓。

4. 輸出濾波電容

對于大多數應用，使用 1μF 或更大的小型陶瓷表面貼裝輸出電容。對于小型陶瓷電容，輸出紋波電壓主要由電容值決定。如果使用鉭或電解電容，較高的 ESR 會增加輸出紋波電壓。降低 ESR 可減少輸出紋波電壓和峰 - 峰瞬態電壓。通常首選表面貼裝電容，因為它們沒有通孔等效電容的電感和電阻。

5. 輸入旁路電容

VCC 和 VIN 兩個輸入都需要旁路電容。使用 0.1μF 陶瓷電容盡可能靠近 IC 對 VCC 進行旁路。輸入為電感提供高電流，需要在電感附近進行局部大容量旁路。對于大多數應用，10μF 低 ESR 表面貼裝電容就足夠了。

6. PCB 布局和接地

仔細的印刷電路板布局對于最小化接地反彈和噪聲非常重要。保持 MAX1605 的接地引腳以及輸入和輸出電容的接地引線間距小于 0.2 英寸（5mm）。此外，盡量縮短所有與 FB 和 LX 的連接。特別是在使用外部反饋電阻時，應將它們盡可能靠近 FB 放置。為了最小化輸出電壓紋波，最大化輸出功率和效率，使用接地平面并將 GND 直接焊接到接地平面。可參考 MAX1605EVKIT 評估套件的布局示例。

七、特殊應用

1. 產生負電壓用于 LCD 偏置

MAX1605 可以通過在 LX 引腳添加二極管 - 電容電荷泵電路（D1、D2 和 C3）來產生負輸出。反饋仍連接到未加載的正輸出，允許 C4 使用非常小的電容值。為了獲得最佳穩定性和最低紋波，R1 - R2 串聯組合和 C4 的時間常數應接近或小于 C2 和有效負載電阻的時間常數。負輸出的負載調節比標準正輸出電路稍寬松，在非常輕的負載下可能會上升，可通過降低 R1 和 R2 的電阻并保持其比例來解決。

2. 關機時輸出斷開

當 MAX1605 關機時，輸出仍與輸入連接，輸出電壓降至約 (V_{IN }-0.6 ~V)。對于需要關機時輸出隔離的應用，可添加外部 PNP 晶體管。當 MAX1605 激活時，晶體管發射極設置的電壓超過輸入電壓，使晶體管進入飽和區域；關機時，輸入電壓超過發射極電壓，不活動的晶體管在輸入和輸出之間提供高阻抗隔離。不過，由于 PNP 晶體管的飽和電壓和基極電流，效率會略有下降。

八、總結

MAX1605 是一款功能強大、性能優越的電源芯片，在 LCD 偏置電源等應用中具有很大的優勢。其可調節的輸出電壓、高效的性能、靈活的電流限制設置以及多種封裝形式，使其能夠滿足不同應用場景的需求。在設計過程中，合理選擇電感、二極管、電容等元件，并注意 PCB 布局和接地，能夠充分發揮 MAX1605 的性能，確保系統的穩定運行。各位電子工程師在實際應用中，不妨考慮使用 MAX1605，相信它會給你的設計帶來意想不到的效果。你在使用類似電源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。