MAX8570 - MAX8575：高效LCD升壓轉換器的設計與應用

在電子設備的設計中，電源管理是至關重要的一環(huán)。對于小型LCD面板等設備，需要高效、穩(wěn)定的升壓轉換器來提供合適的電壓。今天，我們就來詳細探討一下MAX8570 - MAX8575系列的LCD升壓轉換器。

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一、產品概述

MAX8570系列LCD升壓轉換器采用內部n溝道開關和內部p溝道輸出隔離開關，可在2.7V至5.5V的電源電壓下工作，輸出電壓最高可達28V。其獨特的控制方案能在廣泛的負載條件下實現(xiàn)最高效率，內部MOSFET開關減少了外部元件數(shù)量，高達800kHz的高開關頻率允許使用微小的表面貼裝元件。

該系列有三種電流限制選項：

• MAX8570和MAX8572使用110mA電流限制，適用于低電流應用，可減少紋波和元件尺寸。
• MAX8574和MAX8575使用500mA電流限制，能滿足高功率需求，可在20V時提供高達20mA的電流。
• MAX8571和MAX8573使用250mA電流限制，在紋波和功率之間取得平衡。

此外，該系列還具備低靜態(tài)電流和True Shutdown?模式以節(jié)省功率。部分型號允許用戶將輸出電壓設置在3V至28V之間，而部分型號則預設為15V輸出。

二、產品特性

1. 輸出電壓

有15V固定輸出或最高可達28V的可調輸出電壓兩種選擇，能滿足不同應用的需求。

2. 安全特性

具備保護功能，可防止輸出故障，確保設備在異常情況下的安全性。

3. 供電能力

可從單節(jié)Li+電池在20V時提供20mA電流，為設備提供穩(wěn)定的電源。

4. 高效節(jié)能

True Shutdown模式可有效降低功耗，效率高達87%。

5. 高開關頻率

高達800kHz的開關頻率，允許使用小型元件，減小電路板尺寸。

6. 封裝形式

采用小型6引腳SOT23和μDFN（僅MAX8570）封裝，節(jié)省空間。

三、應用領域

• LCD偏置發(fā)生器：為LCD面板提供穩(wěn)定的偏置電壓。
• 聚合物LED（OLED）：滿足OLED的供電需求。
• 手機或無繩電話：為移動設備提供高效的電源轉換。
• 掌上電腦：為掌上電腦的LCD屏幕提供合適的電壓。
• 個人數(shù)字助理（PDA）：確保PDA的正常運行。
• 組織者：為組織者設備的顯示部分提供電源。
• 手持終端：適用于各種手持終端設備。

四、引腳配置

不同型號的引腳配置有所不同，主要引腳包括VCC（輸入電壓供應）、FB（用于設置輸出電壓的反饋引腳）、SHDN（關斷輸入）、LX（電感開關連接）、SW（隔離開關輸出）和GND（接地）等。在實際應用中，需要根據具體型號和電路要求正確連接引腳。

五、電氣特性

1. 電壓范圍

VCC輸入電壓范圍為2.70V至5.50V，能適應多種電源供應。

2. 電流參數(shù)

VCC供電電流典型值為35μA，關斷電流低至0.05μA，有效降低功耗。

3. 調節(jié)特性

線路調節(jié)和負載調節(jié)性能良好，確保輸出電壓的穩(wěn)定性。

4. 開關特性

LX開關電流限制根據不同型號有所不同，開關頻率最高可達800kHz。

六、典型工作特性

通過一系列圖表展示了輸出電壓與電源電壓、負載電流、溫度等參數(shù)的關系，以及效率與電池電壓、負載電流的關系等。這些特性曲線有助于工程師在設計時更好地了解產品的性能，從而優(yōu)化電路設計。

七、詳細工作原理

1. 控制方案

采用最小關斷時間電流限制控制方案，工作在不連續(xù)模式。內部p溝道MOSFET開關在轉換器工作時將VCC連接到SW為電感供電，關斷時將輸入電源與電感斷開。n溝道MOSFET開關用于提升輸出電壓，當電流達到電流限制時，開關關閉，電感電流通過二極管為輸出供電。

2. 輸出電壓設置

MAX8570、MAX8571和MAX8574的輸出電壓可通過電阻分壓器從VCC調節(jié)到28V，計算公式為 (R 1=R 2left(frac{V{OUT }}{V{FB}}-1right)) ，其中 (VFB = 1.226V) 。MAX8572、MAX8573和MAX8575則具有固定的15V輸出。

3. 關斷模式

將SHDN引腳拉低可進入關斷模式，此時電源電流降至0.05μA（典型值），輸出與輸入斷開，LX進入高阻抗狀態(tài)。True Shutdown模式通過內部p溝道MOSFET開關在關斷時斷開輸出與輸入的連接，消除了關斷期間的輸入功率消耗。

4. 軟啟動

采用兩種軟啟動機制，當使用True Shutdown功能時，內部高端p溝道開關的柵極緩慢開啟以防止浪涌電流；當VFB小于0.5V時，內部n溝道開關的最小關斷時間從1μs增加到5μs以控制浪涌電流。

5. 電感獨立供電

IC和電感可以使用獨立的電源，允許使用低至0.8V或高于轉換器VCC工作范圍的電壓。但在這種配置下，關斷時輸出不再與輸入斷開。

八、保護特性

MAX8570系列具備多種保護特性，能夠應對常見的應用故障，如輸出電容缺失、反饋電阻斷開、二極管故障等。與其他升壓轉換器相比，該系列在遇到故障時能更好地保護自身和下游電路，避免元件損壞。

九、設計步驟

1. 電感選擇

較小的電感值通常具有較小的物理尺寸，但較大的電感值可能提供更多的輸出功率。電感的飽和電流額定值應大于峰值開關電流，推薦電感值范圍為10μH至100μH。

2. 電流限制選擇

根據應用所需的最大輸出功率和最小電源電壓計算所需的峰值LX電流限制，選擇具有合適電流限制的IC。

3. 二極管選擇

由于開關頻率高達800kHz，需要使用高速整流器，推薦使用肖特基二極管，其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. 電容選擇

推薦使用具有X7R或X5R溫度特性的小型陶瓷表面貼裝電容，因其尺寸小、成本低、等效串聯(lián)電阻（ESR）和等效串聯(lián)電感（ESL）低。對于輸出和VCC旁路電容，通常使用1μF陶瓷電容；對于SW或電感電源，推薦使用4.7μF或更大的陶瓷電容。

十、應用信息

1. 負輸出電壓

通過添加二極管/電容電荷泵可以生成負輸出電壓，用于LCD偏置。但需要注意防止正輸出負載較小時負輸出電壓漂移的問題，可通過預加載正輸出來解決。

2. PCB布局

仔細的印刷電路板布局對于最小化接地反彈和噪聲至關重要。應將GND引腳和輸入、輸出電容的接地焊盤盡可能靠近，連接到LX的線路應盡可能短，反饋電阻應靠近FB引腳，反饋走線應遠離嘈雜區(qū)域。

總之，MAX8570 - MAX8575系列LCD升壓轉換器以其高效、穩(wěn)定的性能和豐富的功能，為電子工程師在設計小型LCD面板等設備時提供了可靠的電源解決方案。在實際應用中，工程師需要根據具體需求合理選擇型號，并按照設計步驟進行電路設計和布局，以充分發(fā)揮該系列產品的優(yōu)勢。你在使用這類升壓轉換器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。