Повышающие преобразователи напряжения фирмы MAXIM/DALLASПовышающие преобразователи напряжения MAX1561/MAX1599 фирмы MAXIM/DALLAS предназначены для питания стабилизированным током до шести светодиодов от батареи с напряжением 2,6…5,5 В. Такие светодиоды применяются для подсветки экрана сотовых телефонов, наладонных компьютеров и других мобильных устройств. Светодиоды подключаются последовательно, поэтому ток через них одинаков и мал разброс яркости их свечения, который зависит только от тщательности заводской отбраковки. Такое решение также устраняет необходимость применения балластных резисторов.
Принцип работы преобразователей основан на явлении самоиндукции. Ключевой транзистор преобразователя периодически коммутирует ток через дроссель, который подключается к общей шине. Образующаяся ЭДС самоиндукции, открывает диод и заряжает выходной конденсатор. Энергии, накопленной в дросселе, достаточно, чтобы при напряжении питания 2,5…5,5 В, за счет ЭДС самоиндукции зарядить выходной конденсатор до 30 В. Такое напряжение необходимо, чтобы обеспечить нормальное свечение последовательно включенных светодиодов. Поскольку на каждом из них прямое падение напряжения составляет около 4,7 В, при меньшем напряжении они просто не зажгутся.
Mикросхемы содержат внутренний n-канальный МОП-транзистор с низким сопротивлением канала в открытом состоянии. Максимальное напряжение „сток-затвор” не более 30 В. Максимальный ток стока (выв. 8 – LX) - 1 А. Микросхемы имеют отдельные входы: для регулировки яркости и включения/выключения (выв. 3 - CTRL) и для подключения конденсатора (выв. 5 - СОМР), который служит для стабилизации работы преобразователя и определяет время „мягкого” запуска. Благодаря высокой рабочей частоте встроенного генератора (1 MГц у MAX1961 и 500 кГц у МАХ1599) и широтно-импульсной модуляции в преобразователях используются катушки малой индуктивности и конденсаторы небольшой емкости (соответственно - размеров). Одновременно упрощается фильтрация помех во входной цепи и уменьшаются пульсации напряжения на выходе. Программируемый плавный запуск устраняет опасность появления бросков выходного напряжения.
Обе микросхемы выпускаются в 8-выводных корпусах типа DFN размером 3х3х0,8 мм (рис. 1, показан вид сверху).
Рис. 1
Со входа микросхем CTRL (выв. 3 - CTRL) обеспечивается включение и выключение светодиодов, а также предусмотрена возможность регулировки яркости и их свечения. Включение или выключение осуществляется подачей лог. „0” или лог. „1”, а управление уровнем яркости – плавной регулировкой напряжения или сигналом ШИМ, частота которого выбирается в пределах от 200 Гц до 200 кГц. В этом случае, коэффициенту заполнения сигнала ШИМ 0% будет соответствовать выключенное состояние светодиодов, а коэффициенту 100% - максимальный ток. При аналоговом управлении подача напряжения на выв. 3 ниже 100 мВ в течение более 8,2 мс (для МАХ1561) или 16,4 мс (для МАХ1599) отключает почти все узлы микросхем, кроме узла контроля управляющего напряжения. В обоих случаях (ШИМ и аналоговое управление) конденсатор плавного запуска разряжается через внутренний ключ, чтобы при новом включении обеспечить „мягкий” старт.
Структурная схема и схема включения микросхем представлены на рис. 2.
Рис. 2
Имеющийся в составе микросхем узел мягкого запуска при включении логическим уровнем автоматически плавно увеличивает яркость светодиодов, а заодно устраняет броски напряжения при включении.
Работа узла основана на зарядке внешнего времязадающего конденсатора, подключаемого к выв. 5 (СОМР), от внутреннего источника тока. Минимальный коэффициент заполнения рабочего цикла мощного транзистора достигается при напряжении на конденсаторе 1,25 В, а максимальный - при 2,25 В.
После выключения микросхема потребляет ток менее 0,3 мкA. Однако в реальном устройстве существует еще одна цепь утечки тока через внешние элементы: дроссель, диод Шоттки и светодиоды. Как правило, ток закрытых светодиодов не превышает 1 мкА.
В микросхемах также предусмотрена защита от перенапряжения на выходе, которая работает следующим образом. при превышении на выходе напряжения 27 В внутренний узел блокировки принудительно запирает мощный транзистор, одновременно разряжая конденсатор „мягкого” запуска. Когда выходное напряжение падает ниже 25 В, микросхема запускается в режиме мягкого старта, обеспечивая плавный подъем напряжения на выходе.
Для стабилизации выходного тока (уровня яркости) в цепи питания светодиодов последовательно включен измерительный резистор Rsense (рис. 2), к которому подключен выв. 4 (CS) микросхемы. Рабочий ток светодиодов рассчитывается по формуле:
Iсв = Uупр/10Rsense,
где Uупр. - падение напряжения на измерительном резисторе. Для корректной работы преобразователя диапазон изменения Uупр. находится в пределах от 0,24 до 1,62 В и зависит от сопротивления резистора RSENSE, которое выбирается, исходя из максимального значения падения напряжения на нем и рассчитывается по формуле:
Rsense = Uупр(макс)/10Iсв(макс).
Емкости конденсаторов используемых на входе и выходе преобразователя, не критичны. На схеме указаны их типовые значения. Единственное условие - для устойчивой работы преобразователя емкость выходного конденсатора не должна превышать емкости конденсатора „мягкого запуска” более чем в 10 раз.
Индуктивность дросселя выбирается от 10 до 47 мкГн исходя из необходимого рабочего тока, количества светодиодов и питающего напряжения.
Таблица 1 Назначение выводов микросхем МАХ 1561 и МАХ1599
| Номер вывода |
Обозначение |
Функция |
| 1 |
OUT |
выход узла контроля выходного напряжения (функции описаны выше) |
| 2 |
IN |
Напряжение питания |
| 3 |
CTRL |
вход управления яркостью светодиодов |
| 4 |
CS |
вход узла контроля тока через светодиоды |
| 5 |
СОМР |
Вход для подключения конденсатора "мягкого" старта |
| 6 |
GND |
Общий |
| 7 |
PGND |
Общий |
| 8 |
LX |
вывод подключения дросселя |
| металли-зация в центре корпуса со стороны выводов |
EP |
вывод подложки, общий\При монтаже микросхемы выв. 6, 7 и подложки соединяются |
МАХ1848
Указанная микросхема принципиально не отличается от описанных выше и имеет аналогичное назначение выводов и принцип работы. Ее отличает рабочая частота генератора, равная 1,2 МГц, выходное напряжение - до 14 В, меньший рабочий ток ключевого транзистора - 0,45 А, а, соответственно, - меньшее число подключаемых светодиодов. Микросхема выпускается в 8-выводных корпусах QFN и SOT23 (рис. 3).
Рис. 3
Еще одним отличием микросхемы является и то, что эта она допускает подключение дополнительной цепочки из трех светодиодов параллельно основной (рис. 4). При таком использовании емкость Ссомр и индуктивность дросселя пересчитываются в зависимости от суммарного тока светодиодов.
Рис. 4
МАХ1582
Микросхема редназначена для обеспечения подсветки основного и добавочного дисплеев различных мобильных устройств светодиодами белого цвета: основного - от 2 до 4 шт. и добавочного - от 2 до 3. Общее число подключенных светодиодов не должно превышать шести. Примерами применения могут служить сотовые телефоны с двумя дисплеями.
Структурная схема и схема включения микросхемы представлены на рис. 5.
Рис. 5
Микросхема МАХ1582 имеет схожие с микросхемой MAX1561 принцип работы и параметры. Но из-за наличия второго канала у нее предусмотрены дополнительные выводы для коммутации и управления светодиодами добавочного дисплея (OUT2) и два дополнительных входа управления включением подсветки каждого из дисплеев (EN1 и EN2). При подаче напряжения высокого уровня на оба входа включаются все светодиоды. При подаче низкого уровня на один из входов шунтируются светодиоды основного или добавочного дисплея в зависимости от того, на какой вход подан лог. „0”. При подаче напряжения низкого уровня на оба входа микросхема переходит в режим низкого потребления тока. В этом случае принудительно разряжается конденсатор „мягкого” запуска. Также добавлен отдельный вывод сильноточного входа питания (VP), соединяемый с выводом питания V+.
Микросхема выпускается в 12-выводном корпусе QFN-EP (рис. 6) и 16-выводном UCSP-16 с шариковыми выводами (рис. 7).
Рис. 6
Рис. 7
Таблица 2. Назначение выводов микросхемы МАХ1582
| № вывода |
обозначение |
Функция |
| корпус QFN |
корпус UCSP |
|
|
| 1 |
А1 |
V+ |
Напряжение питания |
| 2 |
А2 |
VP |
Сильноточный вывод подачи напряжения питания. Соединяется с V+ |
| 3 |
А3 |
CTRL |
вход управления яркостью светодиодов |
| 4 |
А4 |
COMP |
Вход для подключения конденсатора мягкого старта |
| 5 |
В4 |
GND |
Общий |
| 6 |
С4 |
EN1 |
Вход включения светодиодов основного дисплея |
| 7 |
D4 |
EN2 |
Вход включения светодиодов дополнительного дисплея |
| 8 |
D3 |
CS |
вход узла контроля тока через светодиоды |
| 9 |
D2 |
OUT2 |
выход коммутации дополнительных светодиодов |
| 10 |
D1 |
OUT1 |
выход контроля выходного напряжения |
| 11 |
C1 |
LX |
вывод подключения дросселя |
| 12 |
B1 |
PGND |
общий |
| металлизация в центре корп. Со стороны выводов |
- |
EP |
вывод подложки корпуса QFN, общий\При монтаже микросхемы выв. 5, 12 и подложки соединяются |
МАХ1570
Эта микросхема предназначена для управления светодиодами (до 5 шт.) подсветки ЖК-экранов в сотовых телефонах, проигрывателях МРЗ, видеокамерах и других устройствах.
Микросхема питается постоянным напряжением 2,7…5,5 В и обеспечивает эффективное использование одной литий-ионной батареи, ступенчато повышая ее напряжение в 1,5 раза методом подкачки заряда на коммутируемых конденсаторах, с последующей стабилизацией выходного тока для каждого светодиода без применения балластных резисторов. Внутренние компенсационные стабилизаторы с малыми потерями (LDO) обеспечивают максимальные токи до 30 мА с разбросом до 0,3%. Микросхема имеет встроенную схему тепловой защиты, обеспечивающую отключение нагрузки при перегреве кристалла. Рабочая частота микросхемы составляет 1 МГц. Это обеспечивает применение внешних элементов малых размеров и эффективную фильтрацию помех и пульсаций напряжения. Микросхема выпускается в 16-выводном корпусе QFN, размерами 4х4 мм (рис. 8). Структурная схема и схема включения микросхемы приведены на рис. 9.
Рис. 8
Рис. 9
Микросхема работает следующим образом. пока входное напряжение на выв. IN больше требуемого для нормальной работы выходных стабилизаторов, узел подкачки заряда работает с передаточным коэффициентом 1. Как только напряжение питания окажется ниже порога, близкого к необходимому для нормальной работы LDO-стабилизаторов, узел подкачки переключится в режим повышения напряжения с коэффициентом 1,5. Благодаря стабилизаторам тока и конденсатору на выходе (выв. 15) микросхемы, отсутствуют возможные переходные скачки напряжения. Яркость свечения светодиодов остается постоянной. При входных напряжениях, близких к порогу переключения режимов, неустойчивая работа узла подкачки заряда исключается из-за наличия небольшого гистерезиса рабочей характеристики.
В целях исключения бросков тока при пуске в микросхеме предусмотрен плавный старт, при котором выходной конденсатор заряжается от внутреннего источника тока. Процесс продолжается, пока не зажгутся светодиоды. Затем запускается узел подкачки заряда с коэффициентом передачи 1. Если выходное напряжение недостаточно для достижения нормальной яркости светодиодов (низкое питающее напряжение), узел подкачки переключается в режим с коэффициентом 1,5. В случае возникновения перегрузки или замыкания выходов стабилизаторов тока на общий провод, плавное включение повторяется каждые 2,1 мс. Так будет происходить до тех пор, пока кристалл не нагреется до 160°С. После этого сработает узел теплового отключения. Возврат в режим пуска произойдет при остывании кристалла до 20°С.
Максимальный ток через светодиоды на выв. 8…4 (LED1-LED5) устанавливается внешним резистором, включенным между общей шиной и выв. 9 (SET) микросхемы. Сопротивление этого резистора выбирается с учетом того, что вытекающий из вывода SET ток должен быть в 230 раз меньше рабочего тока светодиодов.
Iсв = 230 х (Vset/Rset),
где Vset – опорное напряжение стабилизаторов тока (0,2; 0,4; 0,6 В), которое задавается внутренним ЦАП комбинацией логических уровней на входах EN1, EN2 (выв. 10 и 2, соответственно). Уровни опорного напряжения соответствуют трем градациям яркости светодиодов: 1/3, 2/3 и полное свечение (табл. 3).
Таблица 3
| EN1 |
EN2 |
режим увеличения светодиодов |
выходной ток |
| 0 |
0 |
отключено |
0 |
| 0 |
1 |
включены, опорное напряжение (ОН) равно 0,2 В |
1/3 |
| 1 |
0 |
включены, ОН равно 0,4 В |
2/3 |
| 1 |
1 |
включены, ОН равно 0,6 В |
полный |
В некоторых приложениях может быть реализован и другой механизм регулирования яркости: вход EN2 используется для включения/выключения подсветки, а на вход EN1 подается сигнал ШИМ. В этом случае яркость плавно регулируется от 1/3 до полной.
Может быть реализован и еще один способ плавной регулировки с помощью ШИМ: на входы EN1 и EN2 постоянно подается высокий логический уровень, а регулировка осуществляется подачей на вывод SET сигнала через Т-образный RC-фильтр. При этом резистор Rset остается подключенным к этому выводу. Назначение выводов микросхемы МАХ1570 приведено в табл. 4.
Таблица 4
| Номер вывода |
обозначение |
Функция |
| 1 |
С1Р |
положительный вывод для 1-го конденсатора подкачки |
| 2 |
EN2 |
цифровой вход управления яркостью |
| 3 |
GND |
Общий |
| 4 |
LED1 |
Выход для подключения катода светодиода |
| 5 |
LED2 |
Выход для подключения катода светодиода |
| 6 |
LED3 |
Выход для подключения катода светодиода |
| 7 |
LED4 |
Выход для подключения катода светодиода |
| 8 |
LED5 |
Выход для подключения катода светодиода |
| 9 |
SET |
вывод для подключения токозадающего резистора |
| 10 |
EN1 |
цифровой вход управления яркостью |
| 11 |
PGND |
Общий |
| 12 |
C1N |
отрицательный вывод для 1-го конденсатора подкачки |
| 13 |
IN |
вход напряжения питания |
| 14 |
С2Р |
положительный вывод для 2-го конденсатора накачки |
| 15 |
OUT |
выход узла подкачки, подключение анодов светодиодов |
| 16 |
C1N |
отрицательный вывод для 2-го конденсатора подкачки |
| металлизация |
ЕР |
вывод подложки, подключается к общему | | 
