LT3513：用于TFT-LCD面板的2MHz高電流5輸出調(diào)節(jié)器

引言

在當(dāng)今電子設(shè)備飛速發(fā)展的時代，TFT - LCD面板在各類顯示設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用。而穩(wěn)定、高效的電源供應(yīng)是保障TFT - LCD面板正常工作的關(guān)鍵。今天我們要介紹的主角——LT3513，就是一款專門為TFT - LCD面板設(shè)計的高性能5輸出可調(diào)開關(guān)穩(wěn)壓器。

文件下載：LT3513.pdf

LT3513的核心特性

電源適應(yīng)性強(qiáng)

輸入電壓范圍為4.5V至30V，這使得它能夠適應(yīng)多種不同的電源環(huán)境，無論是車載電源還是常見的桌面電源，都能輕松應(yīng)對。

集成度高

集成了四個開關(guān)和一個低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）。其中，四個開關(guān)分別為2.2A降壓、1.5A升壓、0.25A升壓和0.25A逆變器，并且每個開關(guān)都有保證的最小電流限制。這種高度集成的設(shè)計不僅減少了外部元件的使用，還降低了電路板的空間占用。

性能優(yōu)良

采用固定頻率設(shè)計，輸出噪聲低；具備電感電流檢測功能（針對降壓開關(guān)），能更精準(zhǔn)地控制電流；所有輸出都有軟啟動功能，可有效避免啟動時的電流沖擊；還提供外部可編程的 (V{ON}) 延遲、三個集成肖特基二極管以及用于AVDD輸出斷開的PGOOD引腳，并且?guī)в蠵anelProtect?電路，在出現(xiàn)故障時能及時禁用 (V{ON})。

散熱與封裝優(yōu)勢

采用熱增強(qiáng)型38引腳5mm×7mm QFN封裝，這種封裝形式不僅提供了良好的電氣連接，還能有效地將熱量散發(fā)出去，保證芯片在長時間工作時的穩(wěn)定性。

典型應(yīng)用場景

汽車TFT - LCD顯示屏

在汽車的復(fù)雜電氣環(huán)境中，LT3513的寬輸入電壓范圍和高可靠性使其能夠穩(wěn)定地為TFT - LCD顯示屏提供電源，確保駕駛員能夠清晰地獲取各種信息。

大型TFT - LCD桌面顯示器

為桌面顯示器提供穩(wěn)定的電源輸出，保證顯示畫面的高質(zhì)量和穩(wěn)定性。

平板電視

滿足平板電視中TFT - LCD面板的電源需求，支持其高分辨率和高刷新率的顯示效果。

電氣特性剖析

輸入與靜態(tài)電流

最小輸入電壓為4.5V，在不進(jìn)行開關(guān)操作時，靜態(tài)電流為7.5 - 65mA（典型值為12mA）。當(dāng)RUN - SS1引腳電壓為0V時，電流僅為30μA，這在低功耗應(yīng)用場景中表現(xiàn)出色。

關(guān)鍵引腳參數(shù)

各開關(guān)的反饋引腳（FB1 - FB3、NFB4、FB5）都有特定的電壓范圍和偏差，用于精確控制輸出電壓。例如，F(xiàn)B1電壓典型值為1.225V，其電壓線性調(diào)節(jié)率在4.5V至30V輸入電壓范圍內(nèi)為0.01 - 0.03%/V。

開關(guān)性能

不同開關(guān)具有不同的電流限制和飽和壓降。以2.2A降壓開關(guān)（SW1）為例，在占空比為35%時，電流限制為2.2A，最大占空比為75 - 85%。而SW2（1.5A升壓開關(guān)）的電流限制為1.5 - 2.4A，最大占空比為75 - 90%。

設(shè)計要點(diǎn)與器件選擇

輸入電壓與欠壓鎖定

開關(guān)1的最小工作電壓受芯片的欠壓鎖定（約4V）和最大占空比限制?？梢酝ㄟ^UVLO引腳設(shè)置用戶自定義的欠壓鎖定電壓。欠壓鎖定的遲滯和最小輸入電壓可以通過特定的電阻分壓器和公式進(jìn)行計算。

電感選擇

電感的選擇對于穩(wěn)壓器的性能至關(guān)重要。一般來說，電感值可以根據(jù)公式 (L = frac{V{OUT } + V{F}}{1.8}) 進(jìn)行初步選擇（其中 (V_{F}) 為續(xù)流二極管的正向壓降，約0.4V）。同時，電感的RMS電流額定值要大于最大負(fù)載電流，飽和電流應(yīng)至少比最大負(fù)載電流高30%，并且為了獲得最高效率，其串聯(lián)電阻（DCR）應(yīng)小于0.1Ω。

輸出電容選擇

對于5V和3.3V輸出，使用10μF 6.3V的陶瓷電容（X5R或X7R）可以獲得非常低的輸出電壓紋波和良好的瞬態(tài)響應(yīng)。輸出電容的選擇需要綜合考慮紋波電壓、能量存儲和ESR等因素?？梢酝ㄟ^公式 (V{RIPPLE }=frac{Delta I{L}}{8 cdot f cdot C{OUT }}) （陶瓷電容）或 (V{RIPPLE}=Delta I_{L} cdot ESR) （電解電容）來估算輸出紋波。

二極管選擇

續(xù)流二極管的平均正向電流可以根據(jù)公式 (D(A V G)=I {OUT } frac{V{IN } - V{OUT }}{V{IN }}) 計算。在選擇二極管時，要確保其反向電壓額定值大于輸入電壓，以應(yīng)對輸出短路等極端情況。

升壓引腳考慮

LT3513的升壓電路對最小輸入電壓有一定限制。在輸入電壓緩慢上升或輸出已經(jīng)處于穩(wěn)壓狀態(tài)時，升壓電容可能無法完全充電，此時需要一定的最小負(fù)載電流來使升壓電路正常啟動。

工作原理與啟動順序

工作原理

LT3513采用恒定頻率電流模式控制方案。四個開關(guān)調(diào)節(jié)器通過反饋回路控制開關(guān)的峰值電流，相比電壓模式控制，這種方式改善了環(huán)路動態(tài)性能，并提供了逐周期的電流限制。開關(guān)1（降壓調(diào)節(jié)器）采用電感電流檢測，避免了最小導(dǎo)通時間問題，始終能對開關(guān)電流進(jìn)行有效限制。

啟動順序

當(dāng)RUN - SS1引腳被拉低至地時，LT3513進(jìn)入關(guān)機(jī)模式，輸入源電流僅為30μA。當(dāng)RUN - SS1引腳電壓超過0.8V時，內(nèi)部偏置電路開啟，包括內(nèi)部穩(wěn)壓器、參考電壓和2MHz主振蕩器。主振蕩器為每個開關(guān)調(diào)節(jié)器生成時鐘信號。開關(guān)1開始工作后生成 (V{LOGIC}) ，當(dāng)BIAS引腳電壓達(dá)到2.8V時，RUN - SS2和RUN - SS3/4引腳的NPN管關(guān)斷，內(nèi)部2μA電流源開始對外部電容充電。當(dāng)RUN - SS2和RUN - SS3/4引腳電壓達(dá)到0.8V時，相應(yīng)的開關(guān)調(diào)節(jié)器開啟。當(dāng)所有四個開關(guān)輸出達(dá)到其編程電壓的90%時， (C{T}) 引腳的NPN管關(guān)斷，內(nèi)部20μA電流源對 (C{T}) 引腳的外部電容充電。當(dāng) (C{T}) 引腳達(dá)到1.1V時，輸出斷開PNP管導(dǎo)通，連接 (V_{ON}) 到E3。

PCB布局與散熱設(shè)計

PCB布局

在PCB布局時，要特別注意高電流路徑的設(shè)計。對于降壓調(diào)節(jié)器，大的開關(guān)電流會在功率開關(guān)、續(xù)流二極管和輸入電容中流動；對于升壓調(diào)節(jié)器，開關(guān)電流則流經(jīng)功率開關(guān)、開關(guān)二極管和輸出電容。應(yīng)盡量減小這些開關(guān)電流路徑所形成的環(huán)路面積，將相關(guān)元件（如電感、輸出電容等）放置在電路板的同一側(cè)，并在其下方設(shè)置局部、連續(xù)的接地平面，且將該接地平面在輸出電容C2的接地端與系統(tǒng)接地相連。同時，要盡量減小SW和BOOST節(jié)點(diǎn)的面積，以降低電磁干擾（EMI）。

散熱設(shè)計

為了保證LT3513的正常工作，PCB需要提供良好的散熱。芯片底部的暴露焊盤必須焊接到接地平面，并通過熱過孔將熱量傳導(dǎo)到其他銅層。在續(xù)流二極管附近增加額外的過孔，以及在頂層和底層增加更多的銅，并通過過孔將其與內(nèi)部平面相連，可以進(jìn)一步降低熱阻。在有100LFPM氣流的情況下，熱阻可以進(jìn)一步降低25%。

總結(jié)

LT3513作為一款專為TFT - LCD面板設(shè)計的高性能穩(wěn)壓器，憑借其寬輸入電壓范圍、高集成度、優(yōu)良的電氣性能和豐富的保護(hù)功能，為TFT - LCD面板的電源設(shè)計提供了可靠的解決方案。在實(shí)際設(shè)計過程中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇電感、電容、二極管等外部元件，并注意PCB布局和散熱設(shè)計，以充分發(fā)揮LT3513的性能優(yōu)勢。大家在使用LT3513進(jìn)行設(shè)計時，有沒有遇到過什么特別的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。