深入解析MAX686：一款强大的DAC控制升压/逆变LCD偏置电源芯片

在电子设备设计中，电源管理芯片的性能对整个系统的稳定性和效率起着关键作用。今天，我们就来深入探讨MAXIM公司的MAX686芯片，它是一款DAC控制的升压/逆变LCD偏置电源芯片，具有诸多出色的特性，适用于多种应用场景。

文件下载：MAX686.pdf

芯片概述

MAX686能够将正输入电压转换为最高 +27.5V 或 -27.5V 的正或负LCD偏置电压。它采用了电流限制的脉冲频率调制（PFM）控制方案，能在较宽的负载条件下实现高效率。其内部集成了N沟道MOSFET开关、可编程电流限制和6位数字 - 模拟转换器（DAC），可对输出电压进行数字调节。芯片采用小巧的16引脚QSOP封装，尺寸与8引脚SO封装相同，有助于节省电路板空间。

特性亮点

1. 内部开关与输出电压调节：内部集成500mA、28V的N沟道开关，无需外部FET，可将输出电压调节至 +27.5V 或 -27.5V，通过6位DAC控制输出电压，实现精准调节。
2. 高效率与高频开关：最高效率可达90%，开关频率最高可达300kHz，允许使用小型外部组件，进一步节省空间。
3. 低功耗设计：典型静态电流为65µA，关断电流仅为1.5µA，有助于降低功耗，延长电池寿命。
4. 其他特性：具备电源正常指示（Power-OK Indicator）功能，方便监测电源状态。

技术参数

绝对最大额定值

• 电压方面：不同引脚对GND的电压范围有所不同，如VCC、ISET等引脚为 -0.3V 至 +6V，FB、REF等引脚为 -0.3V 至 (VCC + 0.3V) 等。
• 电流方面：LX引脚的灌电流最大为600mA，LCDON引脚的灌电流最大为10mA。
• 功耗与温度范围：在 (T_{A}=+70^{circ} C) 时，QSOP封装的连续功率耗散为667mW，工作温度范围因型号而异，MAX686C/D为0°C 至 +70°C，MAX686EEE为 -40°C 至 +85°C，存储温度范围为 -65°C 至 +160°C。

电气特性

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 的条件下（典型值在 (T{A}=+25^{circ} C) ），芯片的各项电气参数表现良好。例如，电源电压范围为2.7V至5.5V，输入电压范围为0.8V至VOUT，静态电流典型值为65µA，关断电流典型值为1.3µA等。

典型工作特性

通过一系列图表展示了芯片在不同输出电压、输入电压和负载电流下的效率、最大输出电流等特性。例如，在不同的输入电压和ISET设置下，芯片的效率随负载电流的变化曲线，以及最大输出电流随输入电压的变化曲线等。这些特性曲线有助于工程师在实际设计中根据具体需求选择合适的工作参数。

引脚功能

PIN	NAME	FUNCTION
1	PGND	电源地，连接到GND
2	UP	递增输出电压输入，每上升沿使DAC递增，VOUT增加
3	DN	递减输出电压输入，每上升沿使DAC递减，VOUT减小
4	POL	极性输入，改变FB的极性和阈值，可调节正或负输出电压
5	VDD	内部MOSFET的栅极驱动电源，连接到Vcc
6	ISET	设置LX电流限制，连接到Vcc为500mA电流限制，连接到GND为250mA电流限制
7	SHDN	关断输入，低电平使芯片进入关断模式
8	DACOUT	DAC输出电压
9	REF	参考输出，需用0.1µF陶瓷电容旁路到GND
10	FB	反馈输入，连接到外部分压器设置输出电压
11	POK	电源正常检测输入，当电压大于1.125V时，LCDON为低电平
12	Vcc	芯片电源输入
13	GND	地
14	LCDON	电源正常比较器开漏输出，连接到外部开关控制LCD电源
15	N.C.	无连接，内部未连接
16	LX	内部28V、500mA N沟道开关的漏极

工作模式与控制方案

升压控制方案（POL = GND）

通过峰值电流限制和一对单稳态电路控制开关。在导通周期内，内部开关闭合，电感电流上升，直到达到最大导通时间（低输入电压时）或开关峰值电流限制。导通周期结束后，开关断开，电感通过二极管给输出电容充电。根据输出电压的调节情况，决定是否开始下一个导通周期。当输出电压远低于调节值时，进入初始上电模式，最小关断时间增加到5µs以实现软启动。

逆变控制方案（POL = VCC）

在逆变操作中，芯片将FB电压调节到0V，误差放大器极性反转。对于负输出电压，最小关断时间变为3.5µs。当输出电压远低于调节值时，同样进入初始上电模式，最小关断时间增加到5µs。

电源正常比较器

POK是电源正常比较器的输入，比较器驱动内部N沟道MOSFET，其开漏输出LCDON可驱动外部PNP晶体管或P沟道MOSFET，控制LCD的电源。当POK电压超过1.125V时，LCDON为低电平，打开外部PNP晶体管；当POK电压低于1.125V时，关闭外部PNP晶体管，切断LCD电源，保护LCD免受不当电压的损坏。

关断模式

当SHDN为低电平时，芯片进入关断模式，控制电路、POK比较器、DAC输出缓冲器、参考和内部偏置电路关闭。只要VCC高于DAC复位阈值，DAC设置就会被保存，此时电源电流降至1.5µA。在正输出电压配置下，输出通过二极管和电感直接连接到输入；在负输出电压配置下，输入和输出之间没有直流路径，输出在关断模式下降至GND。

设计要点

输出电压设置

• 使用DAC设置输出电压：对于正或负输出电压应用，可使用三个外部电阻（R1、R2和R3）设置输出电压。通过计算电阻值来确定最小和最大输出电压，并根据DAC输出电压的变化调整输出电压。
• 不使用DAC设置输出电压：可仅使用两个外部电阻（R1和R2）设置输出电压，根据输出电压的正负选择不同的电路连接方式和计算方法。

峰值电感电流限制设置

通过连接ISET到VCC或GND选择500mA或250mA的电流限制。较高的电流限制可提供更高的输出电流能力，适用于高输出电流应用；较低的电流限制可节省电路板面积和成本，减少输出纹波。

组件选择

• 电感：推荐使用22µH的电感，电感应具有铁氧体磁芯，增量饱和额定值应超过所选电流限制，直流电阻应低于200mΩ。
• 二极管：建议使用肖特基二极管，如1N5818或MBR0530L，确保二极管的峰值电流额定值超过ISET设置的峰值电流，击穿电压超过输出电压。
• 电容：输出滤波电容应具有低等效串联电阻（ESR），输入旁路电容可减少从电压源汲取的峰值电流和开关噪声，REF引脚需根据电流大小选择合适的旁路电容。此外，可在R2两端并联一个前馈电容（CF）来补偿反馈回路，确保稳定性。

应用信息

• 使用电位器调节输出电压：可使用电位器代替DAC调节输出电压，连接方式和设计方程与使用DAC时相同。
• 使用POK和LCDON控制LCD：POK和LCDON可用于多种应用，如确保关机时正升压输出为0V、输入电压感应切断和输出电压感应切断等。
• 连接VIN到VCC：MAX686和电感可由同一电源供电，但为确保稳定性，VCC应通过100Ω电阻连接到电源，并使用1µF陶瓷电容旁路。

布局注意事项

由于芯片存在高电流和快速开关波形，会辐射噪声，因此正确的PCB布局至关重要。建议使用MAX686评估套件或等效的基于PCB的设计进行初始原型制作，避免使用面包板或原型板。应将GND引脚、输入旁路电容接地引线和输出滤波电容接地引线连接到单点（星型接地配置），以最小化接地噪声并提高调节性能。同时，应尽量缩短引线长度，减少杂散电容、走线电阻和辐射噪声，优先考虑反馈电路、接地电路和LX引脚。

综上所述，MAX686芯片以其丰富的功能和出色的性能，为电子工程师在设计LCD偏置电源时提供了一个优秀的选择。在实际应用中，工程师需要根据具体需求合理选择组件和设置参数，注意PCB布局，以充分发挥芯片的优势。你在使用MAX686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。