深入解析MAX686：一款強大的DAC控制升壓/逆變LCD偏置電源芯片

在電子設備設計中，電源管理芯片的性能對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率起著關鍵作用。今天，我們就來深入探討MAXIM公司的MAX686芯片，它是一款DAC控制的升壓/逆變LCD偏置電源芯片，具有諸多出色的特性，適用于多種應用場景。

文件下載：MAX686.pdf

芯片概述

MAX686能夠將正輸入電壓轉換為最高 +27.5V 或 -27.5V 的正或負LCD偏置電壓。它采用了電流限制的脈沖頻率調制（PFM）控制方案，能在較寬的負載條件下實現(xiàn)高效率。其內部集成了N溝道MOSFET開關、可編程電流限制和6位數(shù)字 - 模擬轉換器（DAC），可對輸出電壓進行數(shù)字調節(jié)。芯片采用小巧的16引腳QSOP封裝，尺寸與8引腳SO封裝相同，有助于節(jié)省電路板空間。

特性亮點

1. 內部開關與輸出電壓調節(jié)：內部集成500mA、28V的N溝道開關，無需外部FET，可將輸出電壓調節(jié)至 +27.5V 或 -27.5V，通過6位DAC控制輸出電壓，實現(xiàn)精準調節(jié)。
2. 高效率與高頻開關：最高效率可達90%，開關頻率最高可達300kHz，允許使用小型外部組件，進一步節(jié)省空間。
3. 低功耗設計：典型靜態(tài)電流為65μA，關斷電流僅為1.5μA，有助于降低功耗，延長電池壽命。
4. 其他特性：具備電源正常指示（Power-OK Indicator）功能，方便監(jiān)測電源狀態(tài)。

技術參數(shù)

絕對最大額定值

• 電壓方面：不同引腳對GND的電壓范圍有所不同，如VCC、ISET等引腳為 -0.3V 至 +6V，F(xiàn)B、REF等引腳為 -0.3V 至 (VCC + 0.3V) 等。
• 電流方面：LX引腳的灌電流最大為600mA，LCDON引腳的灌電流最大為10mA。
• 功耗與溫度范圍：在 (T_{A}=+70^{circ} C) 時，QSOP封裝的連續(xù)功率耗散為667mW，工作溫度范圍因型號而異，MAX686C/D為0°C 至 +70°C，MAX686EEE為 -40°C 至 +85°C，存儲溫度范圍為 -65°C 至 +160°C。

電氣特性

在 (V{C C}=V{D D}=V{I N}=+5 V) 、 (C{REF}=0.1 mu F) 、 (T{A}=0^{circ} C) 至 +85°C 的條件下（典型值在 (T{A}=+25^{circ} C) ），芯片的各項電氣參數(shù)表現(xiàn)良好。例如，電源電壓范圍為2.7V至5.5V，輸入電壓范圍為0.8V至VOUT，靜態(tài)電流典型值為65μA，關斷電流典型值為1.3μA等。

典型工作特性

通過一系列圖表展示了芯片在不同輸出電壓、輸入電壓和負載電流下的效率、最大輸出電流等特性。例如，在不同的輸入電壓和ISET設置下，芯片的效率隨負載電流的變化曲線，以及最大輸出電流隨輸入電壓的變化曲線等。這些特性曲線有助于工程師在實際設計中根據具體需求選擇合適的工作參數(shù)。

引腳功能

工作模式與控制方案

升壓控制方案（POL = GND）

通過峰值電流限制和一對單穩(wěn)態(tài)電路控制開關。在導通周期內，內部開關閉合，電感電流上升，直到達到最大導通時間（低輸入電壓時）或開關峰值電流限制。導通周期結束后，開關斷開，電感通過二極管給輸出電容充電。根據輸出電壓的調節(jié)情況，決定是否開始下一個導通周期。當輸出電壓遠低于調節(jié)值時，進入初始上電模式，最小關斷時間增加到5μs以實現(xiàn)軟啟動。

逆變控制方案（POL = VCC）

在逆變操作中，芯片將FB電壓調節(jié)到0V，誤差放大器極性反轉。對于負輸出電壓，最小關斷時間變?yōu)?.5μs。當輸出電壓遠低于調節(jié)值時，同樣進入初始上電模式，最小關斷時間增加到5μs。

電源正常比較器

POK是電源正常比較器的輸入，比較器驅動內部N溝道MOSFET，其開漏輸出LCDON可驅動外部PNP晶體管或P溝道MOSFET，控制LCD的電源。當POK電壓超過1.125V時，LCDON為低電平，打開外部PNP晶體管；當POK電壓低于1.125V時，關閉外部PNP晶體管，切斷LCD電源，保護LCD免受不當電壓的損壞。

關斷模式

當SHDN為低電平時，芯片進入關斷模式，控制電路、POK比較器、DAC輸出緩沖器、參考和內部偏置電路關閉。只要VCC高于DAC復位閾值，DAC設置就會被保存，此時電源電流降至1.5μA。在正輸出電壓配置下，輸出通過二極管和電感直接連接到輸入；在負輸出電壓配置下，輸入和輸出之間沒有直流路徑，輸出在關斷模式下降至GND。

設計要點

輸出電壓設置

• 使用DAC設置輸出電壓：對于正或負輸出電壓應用，可使用三個外部電阻（R1、R2和R3）設置輸出電壓。通過計算電阻值來確定最小和最大輸出電壓，并根據DAC輸出電壓的變化調整輸出電壓。
• 不使用DAC設置輸出電壓：可僅使用兩個外部電阻（R1和R2）設置輸出電壓，根據輸出電壓的正負選擇不同的電路連接方式和計算方法。

峰值電感電流限制設置

通過連接ISET到VCC或GND選擇500mA或250mA的電流限制。較高的電流限制可提供更高的輸出電流能力，適用于高輸出電流應用；較低的電流限制可節(jié)省電路板面積和成本，減少輸出紋波。

組件選擇

• 電感：推薦使用22μH的電感，電感應具有鐵氧體磁芯，增量飽和額定值應超過所選電流限制，直流電阻應低于200mΩ。
• 二極管：建議使用肖特基二極管，如1N5818或MBR0530L，確保二極管的峰值電流額定值超過ISET設置的峰值電流，擊穿電壓超過輸出電壓。
• 電容：輸出濾波電容應具有低等效串聯(lián)電阻（ESR），輸入旁路電容可減少從電壓源汲取的峰值電流和開關噪聲，REF引腳需根據電流大小選擇合適的旁路電容。此外，可在R2兩端并聯(lián)一個前饋電容（CF）來補償反饋回路，確保穩(wěn)定性。

應用信息

• 使用電位器調節(jié)輸出電壓：可使用電位器代替DAC調節(jié)輸出電壓，連接方式和設計方程與使用DAC時相同。
• 使用POK和LCDON控制LCD：POK和LCDON可用于多種應用，如確保關機時正升壓輸出為0V、輸入電壓感應切斷和輸出電壓感應切斷等。
• 連接VIN到VCC：MAX686和電感可由同一電源供電，但為確保穩(wěn)定性，VCC應通過100Ω電阻連接到電源，并使用1μF陶瓷電容旁路。

布局注意事項

由于芯片存在高電流和快速開關波形，會輻射噪聲，因此正確的PCB布局至關重要。建議使用MAX686評估套件或等效的基于PCB的設計進行初始原型制作，避免使用面包板或原型板。應將GND引腳、輸入旁路電容接地引線和輸出濾波電容接地引線連接到單點（星型接地配置），以最小化接地噪聲并提高調節(jié)性能。同時，應盡量縮短引線長度，減少雜散電容、走線電阻和輻射噪聲，優(yōu)先考慮反饋電路、接地電路和LX引腳。

綜上所述，MAX686芯片以其豐富的功能和出色的性能，為電子工程師在設計LCD偏置電源時提供了一個優(yōu)秀的選擇。在實際應用中，工程師需要根據具體需求合理選擇組件和設置參數(shù)，注意PCB布局，以充分發(fā)揮芯片的優(yōu)勢。你在使用MAX686芯片時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經驗和見解。