采用MAX25014的LED背光驱动系统的低输入电压工作
本应用笔记描述了max25014 4通道背光高亮度led驱动器在低输入电压下的工作。介绍了由此产生的问题和适当的组件选择指南，以及理论计算和台架测量之间的比较。本应用笔记重点介绍升压转换器拓扑结构。
介绍
本应用笔记详细介绍了max25014 4通道背光高亮度led驱动器的低输入电压应用。它提出了一个效率计算，该计算考虑了ic和外部组件的贡献，并建议了如何减少这种条件下的功率损耗。max25014为峰值电流模式控制的led驱动器，可驱动多达个不同配置的led串。本应用笔记重点介绍其升压拓扑，其中led串正向电压始终高于输入电源电压范围。假设led驱动器始终保持连续导通模式（ccm）。
max25014具有多种特性：149路集成电流输出，每路可吸收高达ma的led电流，集成扩频和相移，i2c 控制脉宽调制 （pwm） 调光和混合调光，以及 400khz 至 2.2mhz 之间的可编程开关频率。该器件在启动后可在低至 2.5v 的电源电压下工作。
图1.max25014的典型工作电路
低输入电压升压转换器工作和效率
在分析低输入电压下的升压转换器行为之前，必须介绍led驱动器参数的一些初步定义。
驱动led串所需的总输出电流（iled）为：
其中 istring是每个字符串的电流和 n字符串是字符串的数量。
驱动 led 串所需的电压 （vled） 是：
其中vout_ 指out_引脚调节电压（约等于1v），vf是每个 led 上的典型预期正向压降，而 nled是每个串中的 led 数量。
占空比 （d） 计算非常简单：
其中 vd是整流二极管的正向压降（约0.6v），vin是以伏特为单位的输入电源电压。
包括预期的转换器效率 （η经验值），在定义的输入电压值下，占空比和led电流决定了平均电感电流（il平均） 作为：
现在确定了平均电感电流，峰值电感电流（ilp）为：
其中 δil是峰峰值电感电流纹波，单位为安培 （a）。通常考虑平均电感电流的±30%作为最大峰峰值纹波，δil是：
与大多数升压稳压器一样，max25014采用内部ldo稳压器，由器件输入端供电，为ic内的模拟和数字控制电路提供较低电压的电源。
max25014可以保持v电压抄送= 当ldo稳压器输入从升压转换器的输入切换到升压转换器的输出时，为外部mosfet提供5v驱动，当前者降至5.8v （典型值）切换门限时。这可以防止ldo输出电压崩溃，从而限制栅极驱动器适当增强外部mosfet的能力。因此，它使其在更高的电阻状态下工作，当电流通过器件时，以热量的形式引起更高的功率耗散。或者，ldo本身的功耗在低输入电压下会变高，如后面的章节所示。
低侧mosfet漏源电阻散热引起的功率损耗（prdson） 称为传导损耗。
除了传导损耗外，还必须考虑低侧mosfet和高侧二极管（psw、m和psw、d）的开关损耗：这些损耗随着升压开关速度的增加而增加。因此，当编程开关频率高于1mhz时，当输入电压低于开关电压时，max25014将其降低30%，以减少散热。
所述特性在ic中实现，因为在非常低的输入电压和高开关频率下，升压转换器的效率会降低，输入电流可以达到非常高的水平。因此，mosfet的总损耗会变得严重并产生相当大的热量。
除外部开关外，电感器是导致功率损耗的另一个重要因素。电感总损耗（pl） 可分为欧姆损耗和磁芯损耗。前者与电感的绕组电阻（r.dcr），而后者直接取决于开关频率。如果不详细了解核心材料特性，就无法轻松建模，并且在此分析中被忽略了。电感的绕组电容在后续段落中也忽略了。
ngate保护开关的传导损耗（p恩加特）和续流二极管（p二极管） 总结对外部元件功耗的分析。将上述所有因素相加以得出总外部损失（p内线):
还必须考虑ic本身的功耗，尽管它对整体系统效率的影响很小。主要损耗来自集成稳压器模块（p线性分布器）、吸电流 （p沉）、栅极电荷（pgate_charge）和静态电流消耗（pq），并形成总ic损耗（p集成电路） 作为：
（公式 1）、（公式 2）、（公式 7）和（公式 8）共同计算转换器的效率 （η）：
计算η后，必须通过设置η迭代更新公式4中的效率校正因子经验值= η，得到越来越准确的il值平均直到两个效率值匹配。
功率损耗因数的详细说明
本部分介绍如何获得每个组件的功耗。从ic损耗开始，首先需要计算内部ldo稳压器所需的电流平均值：
其中 qg是所选外部 mosfet 开关的总栅极电荷和 f西 南部是转换器的开关频率。
内部稳压器消耗的功率为：
电流吸收、栅极电荷和静态或待机功耗损耗分别计算如下：
ic的静态电流iq值可以从max25014数据资料中的器件ec表中检索。
与上一节中提到的外部元件相关的传导损耗由以下公式给出：
rdson_ngate公式19是ngate保护开关的漏源电阻。
mosfet开关损耗的粗略估计值可以使用栅极驱动电流、漏极电流和漏极电压波形的简化线性近似值来计算：
tlx可以考虑mosfet导通程序的两个不同开关转换期间的栅极驱动电流来估计：
我g2电流从v对器件的输入电容充电千到 vgs，米勒，和我g3电流放电 c.rss漏极电压从v下降时的电容发光二极管至 0v。五世gs，米勒和 v千参数可在所选mosfet的数据资料中找到，rhi为栅极驱动器的高端电阻（该值在max25014数据资料中表示），rg是 mosfet 内部和外部栅极电阻的总和。
两个开关转换时间为：
该 chs2和 c.rss电容也是mosfet特有的参数，其典型值可在器件的数据手册中找到。t2 和 t3 的总和导致所需的 tlx时间：
整流二极管上的开关损耗发生在从导通状态到非导电状态的转换中，已知低于mosfet上的开关损耗，并且对于第一近似值，被认为是：
数值模拟和台架测试结果比较
上一段介绍的公式理论上评估了max25014升压转换器在不同输入电压下的效率。将数值结果与max25014评估板上的效率测量结果进行了比较，该评估板在8.9mhz开关频率下驱动120个2和2 led串，每个串的恒定电流为12ma。假设每个led都有一个典型的预期正向压降，led驱动器电路必须由4v至2v输入电压供电。评估板上使用的主要外部元件的值和部件号如图所示。
图2.max25014的典型工作电路
表2列出了用于数值仿真的组件特定值，除了图1中已经显示的值。
电气参数 值
qg – ntmfs5c673nlt1g 4.5nc
vgs，米勒 – ntmfs5c673nlt1g 2.9v
vth – ntmfs5c673nlt1g 1.6v
ciss – ntmfs5c673nlt1g 880pf
crss – ntmfs5c673nlt1g 11pf
iq – max25014 9.5毫安
rhi – max25014 1.5Ω
rdcr – xal1510472me 9mω
rdson – ntmfs5c673nlt1g 13mω
rdson_ngate – nvmfs5c677nlt1g 21.5毫欧
图 3 和图 4 显示了两种情况下的效率比较结果。
图3.max25014效率与输入电压的关系，8 × 4 led，f西 南部= 2.2兆赫。
图4.max25014效率与输入电压的关系，9 × 4 led，f西 南部= 2.2兆赫。
结论
本应用笔记介绍了影响max25014效率提升的主要因素，重点介绍该器件在低输入电压下的表现。
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介绍
本应用笔记详细介绍了max25014 4通道背光高亮度led驱动器的低输入电压应用。它提出了一个效率计算，该计算考虑了ic和外部组件的贡献，并建议了如何减少这种条件下的功率损耗。max25014为峰值电流模式控制的led驱动器，可驱动多达个不同配置的led串。本应用笔记重点介绍其升压拓扑，其中led串正向电压始终高于输入电源电压范围。假设led驱动器始终保持连续导通模式（ccm）。
max25014具有多种特性：149路集成电流输出，每路可吸收高达ma的led电流，集成扩频和相移，i2c 控制脉宽调制 （pwm） 调光和混合调光，以及 400khz 至 2.2mhz 之间的可编程开关频率。该器件在启动后可在低至 2.5v 的电源电压下工作。
图1.max25014的典型工作电路
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在分析低输入电压下的升压转换器行为之前，必须介绍led驱动器参数的一些初步定义。
驱动led串所需的总输出电流（iled）为：
其中 istring是每个字符串的电流和 n字符串是字符串的数量。
驱动 led 串所需的电压 （vled） 是：
其中vout_ 指out_引脚调节电压（约等于1v），vf是每个 led 上的典型预期正向压降，而 nled是每个串中的 led 数量。
占空比 （d） 计算非常简单：
其中 vd是整流二极管的正向压降（约0.6v），vin是以伏特为单位的输入电源电压。
包括预期的转换器效率 （η经验值），在定义的输入电压值下，占空比和led电流决定了平均电感电流（il平均） 作为：
现在确定了平均电感电流，峰值电感电流（ilp）为：
其中 δil是峰峰值电感电流纹波，单位为安培 （a）。通常考虑平均电感电流的±30%作为最大峰峰值纹波，δil是：
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所述特性在ic中实现，因为在非常低的输入电压和高开关频率下，升压转换器的效率会降低，输入电流可以达到非常高的水平。因此，mosfet的总损耗会变得严重并产生相当大的热量。
除外部开关外，电感器是导致功率损耗的另一个重要因素。电感总损耗（pl） 可分为欧姆损耗和磁芯损耗。前者与电感的绕组电阻（r.dcr），而后者直接取决于开关频率。如果不详细了解核心材料特性，就无法轻松建模，并且在此分析中被忽略了。电感的绕组电容在后续段落中也忽略了。
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图2.max25014的典型工作电路
表2列出了用于数值仿真的组件特定值，除了图1中已经显示的值。
电气参数 值
qg – ntmfs5c673nlt1g 4.5nc
vgs，米勒 – ntmfs5c673nlt1g 2.9v
vth – ntmfs5c673nlt1g 1.6v
ciss – ntmfs5c673nlt1g 880pf
crss – ntmfs5c673nlt1g 11pf
iq – max25014 9.5毫安
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rdson – ntmfs5c673nlt1g 13mω
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图 3 和图 4 显示了两种情况下的效率比较结果。
图3.max25014效率与输入电压的关系，8 × 4 led，f西 南部= 2.2兆赫。
图4.max25014效率与输入电压的关系，9 × 4 led，f西 南部= 2.2兆赫。
结论
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