探索MAX1578/MAX1579：小尺寸TFT顯示屏的理想電源解決方案

在當(dāng)今的電子設(shè)備設(shè)計中，小尺寸TFT顯示屏的應(yīng)用越來越廣泛，如PDA、智能手機、互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等。而對于這些設(shè)備，如何為顯示屏提供穩(wěn)定、高效的電源是一個關(guān)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(shè)備中小尺寸有源矩陣TFT - LCD顯示屏的所有電壓要求而設(shè)計，能夠提供四個穩(wěn)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(zhuǎn)換器技術(shù)，并且只需極少的外部組件，就可實現(xiàn)高效的電源供應(yīng)。該芯片采用了節(jié)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(yīng)用場景。

應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

MAX1578/MAX1579的應(yīng)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(shè)備的顯示屏提供穩(wěn)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(xù)航能力。
3. 互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備：如一些小型的智能終端設(shè)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(qū)動白色LED實現(xiàn)均勻的背光照明。

芯片特性亮點

集成度高

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

偏置電源優(yōu)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(qū)動器、VON和VOFF。其中+5V輸出由一個高效的分數(shù)（1.5x/2x）電荷泵和一個低壓差線性穩(wěn)壓器提供，能夠自動切換模式以實現(xiàn)最高的轉(zhuǎn)換效率。
• 無需外部二極管：獨特的設(shè)計使得電荷泵無需外部二極管，簡化了電路設(shè)計。
• 輸出排序：在啟動和關(guān)閉過程中，輸出電壓按照特定的順序進行切換，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在關(guān)閉時，輸出會自動放電至零，保護設(shè)備安全。

LED背光電源出色

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

高效節(jié)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(qū)動6個串聯(lián)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(nèi)部驅(qū)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(dāng)OUT電壓超過34V時，MAX1578/MAX1579會關(guān)閉N溝道MOSFET；當(dāng)OUT電壓降至32V以下時，芯片重新進入軟啟動狀態(tài)。
• 熱關(guān)斷保護：當(dāng)芯片溫度超過+160°C時，會自動關(guān)閉，防止芯片過熱損壞。

低功耗設(shè)計

在關(guān)機模式下，靜態(tài)電流可降低至1μA，有效延長了設(shè)備的電池續(xù)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(yīng)多種電源供應(yīng)，如鋰電池等。

欠壓鎖定（UVLO）

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

靜態(tài)電流

在開關(guān)模式下，輸入靜態(tài)電流典型值為3mA；在關(guān)機模式下，靜態(tài)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(wěn)壓器提供穩(wěn)定的+5V輸出，最大輸出電流可達25mA。
• 正輸出（POS）：由正電荷泵產(chǎn)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(qū)動

• 效率：在驅(qū)動6個串聯(lián)LED、電流為20mA時，效率可達84%。
• 輸出電壓調(diào)節(jié)：通過調(diào)節(jié)CS引腳的電壓，實現(xiàn)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(guān)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(guān)。在一定范圍內(nèi)，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(yīng)提升，但當(dāng)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(guān)系

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

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(wěn)壓主電荷泵輸出引腳。
2. 電荷泵相關(guān)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(qū)動相關(guān)引腳：COMP為LED驅(qū)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(yīng)用設(shè)計要點

調(diào)整LED電流

通過在CS引腳和地之間連接一個電阻來設(shè)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(dāng)VCTRL為1.65V時，期望通過LED的最大電流。

LED調(diào)光控制

• 使用DAC調(diào)光：通過DAC輸出0.24V至1.65V的電壓來驅(qū)動CTRL引腳，從而控制LED的亮度。CS引腳的電壓會調(diào)節(jié)到VCTRL的20%，以控制通過LED的電流。
• 直接PWM調(diào)光：將邏輯電平的PWM信號直接應(yīng)用到CTRL引腳，PWM信號的頻率范圍為200Hz至200kHz。0%占空比對應(yīng)零電流，100%占空比對應(yīng)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(diào)光能夠?qū)崿F(xiàn)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(zhì)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(nèi)的穩(wěn)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(shù)應(yīng)用中能優(yōu)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(yīng)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(fù)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(guān)波形，需要進行精心的PCB布局。評估套件（MAX1578EVKIT）可用于加速設(shè)計。布局時，應(yīng)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(jié)點走線）遠離CS引腳。IN旁路電容（CIN）應(yīng)盡可能靠近IC放置，電荷泵的傳輸電容應(yīng)盡可能靠近IC。PGND和GND應(yīng)直接連接到IC下方的裸露焊盤，CIN和COUT的接地連接應(yīng)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(dāng)長一些。

總結(jié)

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(jié)能、保護功能完善等優(yōu)點。在實際應(yīng)用中，電子工程師需要根據(jù)具體需求合理選擇元件，精心設(shè)計PCB布局，以充分發(fā)揮芯片的性能。同時，通過靈活運用LED調(diào)光控制技術(shù)，可以實現(xiàn)對顯示屏亮度的精確調(diào)節(jié)，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(qū)交流討論。