探索MAX16838：高性能2通道高亮度LED驅(qū)動解決方案

在當(dāng)今的電子設(shè)備中，高亮度LED在汽車顯示背光、LCD顯示背光等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。而一款優(yōu)秀的LED驅(qū)動芯片則是確保LED穩(wěn)定、高效工作的關(guān)鍵。今天，我們就來深入了解一下Analog Devices推出的MAX16838，一款集成2通道的高亮度LED驅(qū)動器。

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一、產(chǎn)品概述

MAX16838是一款集成了DC - DC開關(guān)升壓調(diào)節(jié)器和兩個150mA電流沉的雙通道LED驅(qū)動器。它能夠直接承受汽車負(fù)載突降事件，輸入電壓范圍寬至4.75V到40V，對于5V ±10%的輸入電壓，可將(V_{IN})連接到VCC。其內(nèi)部電流模式開關(guān)DC - DC控制器支持升壓或SEPIC拓?fù)洌ぷ黝l率可在200kHz至2MHz之間調(diào)節(jié)。此外，MAX16838還具有自適應(yīng)輸出電壓調(diào)整方案，能有效降低LED電流沉路徑中的功耗。它可與MAX15054配合，實現(xiàn)具有兩個集成電流沉的升降壓LED驅(qū)動器。

二、產(chǎn)品特性

1. 集成雙通道線性LED電流沉：通道電流可通過外部電阻在20mA至150mA之間調(diào)節(jié)，且能將兩通道并聯(lián)以實現(xiàn)單通道最大300mA的電流。
2. 靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：支持升壓或SEPIC拓?fù)?，為設(shè)計提供了更大的靈活性。
3. 自適應(yīng)電壓優(yōu)化：能最小化線性電流沉中的功耗，提高能源效率。
4. 寬輸入電壓范圍：可適應(yīng)4.75V至40V或5V ±10%的輸入電壓，滿足不同應(yīng)用場景的需求。
5. 高PWM調(diào)光比：在200Hz的PWM頻率下可實現(xiàn)5000:1的調(diào)光比，能精確控制LED亮度。
6. 多重保護功能：具備輸出過壓保護、開路LED檢測、短路LED檢測和過溫保護等功能，保障了設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。
7. 可外部同步的開關(guān)頻率：開關(guān)頻率可通過外部電阻在200kHz至2MHz之間編程，并能與外部時鐘同步。

三、技術(shù)細節(jié)剖析

（一）電流模式DC - DC控制器

MAX16838采用電流模式控制，在每個開關(guān)周期開始時，內(nèi)部MOSFET導(dǎo)通，電感電流線性上升，直到達到由反饋回路設(shè)定的峰值電流水平時關(guān)閉。通過比較電流檢測電阻(R_{CS})兩端的電壓與跨導(dǎo)誤差放大器的輸出，實現(xiàn)峰值電流模式控制。這種控制方式響應(yīng)速度快，且簡化了環(huán)路補償。

（二）誤差放大器

內(nèi)部誤差放大器將內(nèi)部反饋信號與內(nèi)部參考電壓進行比較，并調(diào)節(jié)其輸出以調(diào)整電感電流。在正常工作時，通過反饋將最小的VOUT_電壓調(diào)節(jié)到1V，使DC - DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓比最大所需的總LED電壓高1V。在PWM調(diào)光期間，當(dāng)LED串關(guān)閉時，誤差放大器與COMP輸出斷開，以保持補償電容的電荷，從而實現(xiàn)快速調(diào)光響應(yīng)。

（三）自適應(yīng)LED電壓控制

該功能根據(jù)LED串的工作電壓調(diào)節(jié)DC - DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓，使電流沉輸出端（OUT_）的電壓差最小化，從而降低了設(shè)備的功耗。為實現(xiàn)高效的自適應(yīng)控制，建議在每個LED串中使用相同正向電壓額定值的HB LED。

（四）電流限制

MAX16838包含一個快速電流限制比較器，當(dāng)出現(xiàn)過載或故障情況時，可終止導(dǎo)通周期。通過連接在內(nèi)部MOSFET源極與地之間的電流檢測電阻(R_{CS})來設(shè)置電流限制。

（五）欠壓鎖定

具備兩個欠壓鎖定功能，分別為UVLOIN和UVLOVCC，(V{IN})的欠壓鎖定閾值典型值為4.3V，(V{CC})的欠壓鎖定閾值典型值為4V。

（六）軟啟動

在電源啟動時，軟啟動功能會在100ms（典型值）內(nèi)以64步的方式逐漸提升轉(zhuǎn)換器的輸出，直到兩個LED串都達到調(diào)節(jié)點，然后恢復(fù)正常工作。

（七）振蕩器頻率與外部同步

振蕩器頻率可通過連接在RT和SGND之間的外部電阻(R{RT})在200kHz至2MHz之間編程。同時，可通過交流耦合外部時鐘到(R{RT})輸入來實現(xiàn)與外部時鐘的同步。

（八）LED電流控制與調(diào)光

通過連接在ISET和SGND之間的外部電阻(R_{ISET})，可將每個通道的電流在20mA至150mA之間調(diào)節(jié)。使用施加在DIM引腳的外部PWM信號可實現(xiàn)LED亮度控制，最小脈沖寬度為1μs，在200Hz的PWM頻率下可實現(xiàn)5000:1的調(diào)光比。

四、應(yīng)用電路設(shè)計要點

（一）升壓電路設(shè)計

1. 確定參數(shù)：首先要確定所需的輸入電源電壓范圍、驅(qū)動LED串所需的最大電壓以及總輸出電流。
2. 電感選擇：選擇合適的電感電流紋波峰峰值，計算最大平均電感電流、峰值電感電流和最小電感值。所選電感的最小電感值應(yīng)大于計算值，電流額定值應(yīng)大于峰值電感電流，并確保斜率補償足夠以防止次諧波振蕩。
3. 輸出電容選擇：根據(jù)公式計算輸出電容，建議使用低ESR和高電容的陶瓷電容組合，以降低輸出紋波和噪聲。
4. 輸入電容選擇：根據(jù)輸入紋波電流計算最小輸入電容。
5. 整流二極管選擇：選擇肖特基整流二極管，其電壓額定值應(yīng)比最大升壓轉(zhuǎn)換器輸出電壓高20%，電流額定值應(yīng)大于計算值。
6. 反饋補償：通過連接在COMP和SGND之間的電阻(R{COMP})和電容(C{COMP})進行反饋補償，以確保電壓反饋環(huán)路的穩(wěn)定運行。

（二）PCB布局注意事項

由于基于MAX16838的LED驅(qū)動電路使用高頻開關(guān)轉(zhuǎn)換器，因此在PCB布局時需要特別注意。要將(V_{CC})和DRV的旁路電容盡可能靠近器件放置，并將電容接地連接到模擬接地平面；為開關(guān)轉(zhuǎn)換器的功率電路設(shè)置功率接地平面；減小功率電路中高頻開關(guān)電流環(huán)路的面積；將恒流LED驅(qū)動部分的功率接地平面連接到LEDGND，并將SGND、LEDGND和PGND在一點連接。

五、總結(jié)

MAX16838以其集成度高、功能豐富、性能穩(wěn)定等特點，為汽車和顯示背光等應(yīng)用中的中小尺寸LCD顯示屏的HB LED供電提供了優(yōu)秀的解決方案。在實際設(shè)計過程中，電子工程師需要深入理解其技術(shù)細節(jié)和應(yīng)用電路設(shè)計要點，合理選擇外部元件和進行PCB布局，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢，確保LED驅(qū)動系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運行。大家在使用MAX16838的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。