MAX1573：高效驱动白光 LED 的电荷泵芯片

在如今的电子设备中，白光 LED 的应用越来越广泛，从手机、PDA 到数码摄像机等，都离不开它。而如何高效、稳定地驱动这些白光 LED 成为了电子工程师们关注的重点。今天，我们就来详细了解一下 Maxim 公司推出的 MAX1573 白光 LED 1x/1.5x 电荷泵芯片。

文件下载：MAX1573.pdf

一、产品概述

MAX1573 是一款能够驱动多达四个白光 LED 的分数型电荷泵，通过调节恒定电流来保证 LED 亮度的均匀性。它采用了专有的自适应 1x/1.5x 模式以及超低漏失电流调节器，在单节锂离子电池的整个输入电压范围内都能保持较高的效率。其 1MHz 的固定开关频率允许使用微小的外部组件，并且其调节方案经过优化，可确保低电磁干扰（EMI）和低输入纹波。

特点

1. 高效节能：采用专有的自适应 1x/1.5x 模式，最高效率可达 92%，能有效延长电池续航时间。
2. 高精度电流匹配：LED 电流匹配精度高达 0.2%，保证了多个 LED 亮度的一致性。
3. 低纹波和 EMI：低输入纹波和 EMI 特性，减少了对周围电路的干扰，提高了系统的稳定性。
4. 无需镇流电阻：消除了镇流电阻的使用，简化了电路设计，降低了成本。
5. 多种调光方式：支持逻辑或 PWM 调光控制，可根据实际需求灵活调节 LED 亮度。
6. 低功耗：关机电流低至 0.1µA，进一步降低了系统功耗。
7. 宽输入电压范围：2.7V 至 5.5V 的输入电压范围，适用于各种电源环境。
8. 保护功能完善：具备软启动、输出过压保护和热关断保护等功能，提高了芯片的可靠性和稳定性。
9. 小巧封装：提供了超小尺寸的芯片级 UCSP（2.1mm x 2.1mm x 0.6mm）和 16 引脚薄型 QFN 封装，节省了电路板空间。

应用场景

• 手机、智能手机
• PDA、数码相机、数码摄像机
• MP3 播放器
• 其他带彩色显示屏的手持设备

二、电气特性

电压与电流参数

参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
IN 工作电压	-	2.7	-	5.5	V
欠压锁定阈值	ViN 上升或下降，35mV 滞后	2.25	2.45	2.60	V
电源电流	开关状态，无负载，ISET = 130 A	-	2	4	mA
关机电源电流	EN1 = EN2 = OUT = GND，TA = +25°C	-	0.1	10	A
SET 偏置电压	-	0.570	0.6	0.630	V
SET 电流范围	-	40	-	130	uA
SET 至 LED_ 电流比	EN1=EN2= IN	190	219	245	A/A
最大 LED_ 灌电流	ISET = 130 A，EN1 = EN2 = IN	-	25.9	28	mA
LED_ 漏失电压	ISET = 87 A	-	40	80	mV
LED_ 最小调节电压（1.5x 模式）	EN1 = EN2 = IN，ISET = 87 A	100	150	200	mV
最大 OUT 电流	VIN≥ 3.4V，VOUT > 3.9V，EN1 = EN2 = IN	120	-	-	mA

其他参数

参数	条件	典型值	单位
开关频率	-	1	MHz
EN1, EN2 逻辑高电压	VIN = 2.7V 至 5.5V	1.6	V
EN1, EN2 逻辑低电压	VIN = 2.7V 至 5.5V	0.4	V
热关断阈值	20°C 滞后	160	℃

这些电气特性为工程师在设计电路时提供了重要的参考依据，确保芯片能够在合适的条件下正常工作。

三、工作原理与模式

输出调节

MAX1573 在低于漏失电压时工作在 1x 模式，当接近漏失电压时切换到 1.5x 电荷泵模式，将 LED1 - LED4 中最低电压调节至 150mV，即使在电池电压很低的情况下也能保持 LED 亮度恒定。这种模式切换过程中不会出现 LED 亮度变化，保证了显示屏无闪烁。同时，切换方案具有低滞后特性，减少了在效率较低的 1.5x 模式下的工作时间。1x 模式几乎不产生纹波，1.5x 模式通过控制传输电容的充电速率来调节输出电压，使开关频率保持恒定，从而降低了输入纹波和稳定了噪声频谱。

软启动

芯片内置软启动电路，用于限制开机时的浪涌电流。当输出电压与输入电压相差较大时，输出电容通过 DAC 斜坡电流源直接从输入充电（无电荷泵作用），直到输出电压接近输入电压。此时，电荷泵判断需要 1x 还是 1.5x 模式。在 1x 模式下，软启动结束，进入正常工作状态；在 1.5x 模式下，软启动持续到 LED1 - LED4 中最低电压达到调节值。如果出现过载情况，软启动每 2.1ms 重复一次。若输出短路到地，MAX1573 的分数切换技术会限制输出电流。

真关机模式

当 EN1 和 EN2 接地时，MAX1573 进入关机状态。此时，电荷泵会检查输入电压与输出电压的大小关系，并根据需要将传输电容节点短路到 IN 或 OUT。无论哪种情况，输出都呈高阻抗状态。

热关断

芯片还具备热关断功能，当温度达到约 +160°C 时，热限电路会关闭芯片。当芯片冷却约 20°C 后，重新开启。

四、调光控制

使用 EN1 和 EN2 调光

可以将 EN1 和 EN2 输入作为一个 2 位数字信号，用于控制开关、1/10、3/10 和满电流。通过设置 RSET 电阻来编程满电流水平。具体的 EN1/EN2 状态与亮度、LED 电流的关系如下表所示：

EN1/EN2 状态	亮度	LED 电流
EN1 = 低，EN2 = 低	关机	I LED = 0
EN1 = 低，EN2 = 高	1/10 亮度	I LED = 22 x I SET
EN1 = 高，EN2 = 低	3/10 亮度	I LED = 66 x I SET
EN1 = 高，EN2 = 高	满亮度	I LED = 219 x I SET

使用 PWM 信号调光

直接 PWM 调光

将 EN2 用于关机控制，用 PWM 信号驱动 EN1。电流可以在 1/10 到满值之间变化。典型工作特性中的波形显示了调光的响应时间。EN2 使芯片保持开启状态，消除了可能影响 PWM 控制的软启动延迟，允许 PWM 频率最高达到 50kHz。

滤波 PWM 调光

使用高频 PWM 信号驱动 SET 引脚的 R - C - R 滤波器。0% 的 PWM 占空比对应 18.7mA/LED，100% 的 PWM 占空比对应 0mA/LED。当 PWM 频率高于 5kHz 时，可以减小 C3 的值。

五、设计注意事项

输入纹波

对于 LED 驱动器，输入纹波比输出纹波更为重要。输入纹波取决于电源的阻抗。可以在输入端添加低通滤波器来进一步降低输入纹波。例如，使用 C - R - C 滤波器可以在驱动 75mA 负载时将输入纹波降低到小于 2mVP - P。另外，将 CIN 增加到 2.2µF 或 4.7µF 也可以分别获得 17mVP - P 或 9mVP - P 的输入纹波，同时仅略微增加电路板面积。1x 模式的输入纹波始终非常低。

PCB 布局和布线

由于 MAX1573 是高频开关电容电压调节器，为了获得最佳电路性能，应使用实心接地层，并将 CIN 和 COUT 尽可能靠近 MAX1573 放置。同时，将它们的接地引脚靠近连接，并尽可能靠近 GND。可以参考 MAX1573 EV 套件的布局。在正常工作条件下，功耗较低。最大功耗发生在输入电压为 4.2V，且四个 LED（VF = 4V）都以 30mA 电流驱动时。

组件选择

建议使用具有 X5R 电介质或更好温度系数的陶瓷电容器。如果输入电压不低于 3.4V，或者只使用两个或三个 LED，或者四个 LED 的电流在 10mA 或以下，可以减小传输电容的值。以下是一些典型的外部组件值：	组件	值（F）	制造商	型号	描述
输入/输出电容器	1	Taiyo Yuden	JMK107BJ105KA	1 F +10%，6.3V X5R 陶瓷电容器（0603）
传输电容器	1	Taiyo Yuden	JMK107BJ105KA	1 F +10%，6.3V X5R 陶瓷电容器（0603）
	0.47	Taiyo Yuden	LMK107BJ474KA	0.47 F +10%，10V X5R 陶瓷电容器（0603）
	0.22	Taiyo Yuden	LMK107BJ224KA	0.22 F +10%，10V X7R 陶瓷电容器（0603）
LED	-	Nichia	NSCW215T	白光 LED
RSET	按需	Panasonic	-	±1% 电阻（0603）

六、总结

MAX1573 以其高效、稳定、灵活的驱动特性以及完善的保护功能，成为了驱动白光 LED 的理想选择。无论是在降低功耗、提高系统稳定性还是在简化电路设计方面，都表现出色。电子工程师们在设计相关电子设备时，可以充分考虑 MAX1573 的这些优势，根据具体的应用需求进行合理的电路设计和组件选择。你在使用类似芯片时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。