深入解析 MAX17062：TFT - LCD 升壓 DC - DC 轉(zhuǎn)換器的卓越之選

在電子工程師的日常工作中，為 TFT - LCD 顯示屏提供穩(wěn)定且高效的電源是一項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)。今天，我們就來深入探討一款高性能的升壓 DC - DC 轉(zhuǎn)換器——MAX17062，看看它是如何滿足 TFT - LCD 電源需求的。

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一、產(chǎn)品概述

MAX17062 是一款專門為有源矩陣薄膜晶體管（TFT）液晶顯示器（LCD）設(shè)計(jì)的高性能升壓 DC - DC 轉(zhuǎn)換器。它采用電流模式、固定頻率的脈沖寬度調(diào)制（PWM）電路，并內(nèi)置了 n 溝道功率 MOSFET，能夠?qū)崿F(xiàn)高效率和快速瞬態(tài)響應(yīng)。用戶可以通過邏輯輸入引腳（FREQ）選擇 640kHz 或 1.2MHz 的工作頻率，高開關(guān)頻率允許使用超小型電感器和低 ESR 陶瓷電容器。其 22V 的內(nèi)部 MOSFET 可以在 2.6V 至 5.5V 的輸入電壓下產(chǎn)生高達(dá) 20V 的輸出電壓，并且通過外部電容可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)功能，緩慢提升輸入電流。該產(chǎn)品采用 10 引腳 TDFN 封裝。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

MAX17062 具有廣泛的應(yīng)用場景，主要包括筆記本電腦顯示屏、LCD 顯示器面板和 LCD 電視面板等。這些應(yīng)用場景對(duì)電源的穩(wěn)定性和效率要求較高，而 MAX17062 正好能夠滿足這些需求。

三、產(chǎn)品特性

3.1 高效節(jié)能

MAX17062 能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá) 90% 的效率，這意味著在轉(zhuǎn)換過程中能夠減少能量損耗，降低功耗，延長設(shè)備的電池續(xù)航時(shí)間。對(duì)于移動(dòng)設(shè)備和對(duì)功耗敏感的應(yīng)用來說，這是一個(gè)非常重要的特性。

3.2 輸出電壓可調(diào)

其輸出電壓可以在輸入電壓到 20V 的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，能夠適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。通過連接外部電阻分壓器到反饋引腳（FB），可以方便地設(shè)置輸出電壓。

3.3 輸入欠壓鎖定

具備輸入欠壓鎖定功能，當(dāng)輸入電壓低于設(shè)定的閾值時(shí)，轉(zhuǎn)換器會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，以保護(hù)設(shè)備免受低電壓的影響，提高系統(tǒng)的可靠性。

3.4 可調(diào)節(jié)開關(guān)頻率

用戶可以通過 FREQ 引腳選擇 640kHz 或 1.2MHz 的開關(guān)頻率。較高的開關(guān)頻率可以使用更小的電感和電容，從而減小電路板的尺寸；而較低的開關(guān)頻率則可以降低開關(guān)損耗，提高效率。

3.5 可編程軟啟動(dòng)

通過連接外部電容到軟啟動(dòng)引腳（SS），可以實(shí)現(xiàn)可編程的軟啟動(dòng)功能。軟啟動(dòng)可以緩慢增加輸入電流，避免啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊，保護(hù)設(shè)備和電池。

3.6 低 EMI

MAX17062 采用了優(yōu)化的電路設(shè)計(jì)和布局，能夠有效降低電磁干擾（EMI），滿足相關(guān)的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)，減少對(duì)其他設(shè)備的干擾。

3.7 小封裝尺寸

采用 10 引腳 TDFN 封裝，尺寸小巧，適合在空間有限的應(yīng)用中使用。

3.8 熱過載保護(hù)

具備熱過載保護(hù)功能，當(dāng)芯片溫度超過設(shè)定的閾值時(shí)，會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，以防止芯片過熱損壞，提高設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。

四、電氣特性

4.1 輸入輸出電壓范圍

輸入電壓范圍為 2.6V 至 5.5V，輸出電壓范圍可達(dá) 20V。在不同的輸入輸出電壓條件下，轉(zhuǎn)換器能夠保持穩(wěn)定的輸出。

4.2 靜態(tài)電流

在不同的工作模式下，MAX17062 的靜態(tài)電流有所不同。例如，在非開關(guān)模式下，當(dāng) VFB = 1.3V 時(shí)，靜態(tài)電流最大為 0.6mA；在開關(guān)模式下，當(dāng) VFB = 1.0V 時(shí)，靜態(tài)電流為 1.5mA。

4.3 頻率和占空比

開關(guān)頻率可以通過 FREQ 引腳進(jìn)行選擇，當(dāng) FREQ 接地時(shí)，頻率為 640kHz；當(dāng) FREQ 接輸入電壓時(shí)，頻率為 1.2MHz。最大占空比可達(dá) 94%。

4.4 MOSFET 特性

內(nèi)部 n 溝道 MOSFET 的電流限制在 VFB = 1V、75% 占空比、輸入電壓為 5V 時(shí)為 3.9A 至 5.3A，導(dǎo)通電阻在輸入電壓為 5V 時(shí)為 170mΩ 至 210mΩ。

五、典型工作特性

5.1 效率與負(fù)載電流

從典型工作特性曲線可以看出，在不同的輸入輸出電壓和開關(guān)頻率下，MAX17062 的效率隨著負(fù)載電流的變化而變化。例如，在 VIN = 3.3V、VOUT = 9V 時(shí)，當(dāng)開關(guān)頻率為 640kHz 且電感為 4.7μH 時(shí)，效率可達(dá) 90% 左右。

5.2 負(fù)載調(diào)節(jié)

負(fù)載調(diào)節(jié)特性反映了輸出電壓隨負(fù)載電流變化的情況。在 VOUT = 15V 時(shí)，負(fù)載調(diào)節(jié)率在不同的開關(guān)頻率和電感值下有所不同，但總體上能夠保持在較小的范圍內(nèi)，確保輸出電壓的穩(wěn)定性。

5.3 開關(guān)頻率與輸入電壓

開關(guān)頻率與輸入電壓之間存在一定的關(guān)系。當(dāng) FREQ 接輸入電壓時(shí)，開關(guān)頻率隨著輸入電壓的升高而升高；當(dāng) FREQ 接地時(shí)，開關(guān)頻率相對(duì)穩(wěn)定。

5.4 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

在負(fù)載電流發(fā)生變化時(shí)，MAX17062 能夠快速響應(yīng)，保持輸出電壓的穩(wěn)定。例如，當(dāng)負(fù)載電流從 50mA 變化到 550mA 時(shí)，輸出電壓的波動(dòng)能夠在較短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。

六、引腳功能與典型電路

6.1 引腳功能

MAX17062 共有 10 個(gè)引腳，每個(gè)引腳都有特定的功能：

• COMP：誤差放大器的補(bǔ)償引腳，用于連接串聯(lián)的 RC 網(wǎng)絡(luò)到地，以實(shí)現(xiàn)環(huán)路補(bǔ)償。
• FB：反饋引腳，通過連接外部電阻分壓器來設(shè)置輸出電壓。
• SHDN：關(guān)斷控制輸入引腳，低電平有效，用于關(guān)閉轉(zhuǎn)換器。
• PGND：功率地引腳，引腳 4 和 5 直接連接在一起。
• LX：開關(guān)引腳，是內(nèi)部 MOSFET 的漏極，連接電感和整流二極管的節(jié)點(diǎn)。
• IN：電源引腳，需要通過至少 1μF 的陶瓷電容直接旁路到 AGND。
• FREQ：頻率選擇輸入引腳，用于選擇 640kHz 或 1.2MHz 的開關(guān)頻率。
• SS：軟啟動(dòng)控制引腳，連接軟啟動(dòng)電容，實(shí)現(xiàn)可編程的軟啟動(dòng)功能。
• EP：暴露焊盤，連接到 AGND。

6.2 典型電路

典型工作電路中，輸入電壓范圍為 4.5V 至 5.5V，輸出電壓為 15V，最大負(fù)載電流為 600mA。電路中使用了電感、電容、整流二極管和電阻等元件，通過合理選擇這些元件的參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)最佳的性能。

七、詳細(xì)工作原理

7.1 控制架構(gòu)

MAX17062 采用電流模式、固定頻率的 PWM 架構(gòu)，通過誤差放大器、兩個(gè)比較器和多個(gè)信號(hào)發(fā)生器來調(diào)節(jié)輸出電壓。誤差放大器將 FB 引腳的信號(hào)與 1.24V 進(jìn)行比較，并調(diào)整 COMP 輸出的電壓，從而控制內(nèi)部 MOSFET 的導(dǎo)通和關(guān)斷。

7.2 輕載模式

在輕載情況下，MAX17062 可以采用“跳過”周期的方式來防止輸出電壓過充。此時(shí)，電感電流上升到約 50mA 的峰值，然后放電到輸出端，等待下一個(gè)脈沖的到來。

7.3 輸出電流能力

輸出電流能力取決于電流限制、輸入電壓、工作頻率和電感值。由于采用了斜率補(bǔ)償來穩(wěn)定反饋環(huán)路，電感電流限制與占空比有關(guān)。通過相應(yīng)的公式可以計(jì)算出電流限制和輸出電流能力。

八、外部元件選擇

8.1 電感選擇

電感的選擇需要考慮最小電感值、峰值電流額定值和串聯(lián)電阻等因素。這些因素會(huì)影響轉(zhuǎn)換器的效率、最大輸出負(fù)載能力、瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間和輸出電壓紋波。一般來說，電感的 LIR（電感峰 - 峰紋波電流與平均直流電感電流的比值）在 0.3 至 0.5 之間可以實(shí)現(xiàn)較好的折衷。通過相關(guān)公式可以計(jì)算出電感值，并選擇合適的電感。

8.2 輸出電容選擇

輸出電壓紋波由電容紋波和歐姆紋波組成。對(duì)于陶瓷電容，電容紋波通常占主導(dǎo)地位。選擇輸出電容時(shí)，需要考慮電壓額定值和溫度特性，以確保輸出電壓的穩(wěn)定性。

8.3 輸入電容選擇

輸入電容可以減少從輸入電源吸取的電流峰值，并降低對(duì) IC 的噪聲注入。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)源阻抗的不同，可以適當(dāng)調(diào)整輸入電容的大小。

8.4 整流二極管選擇

由于 MAX17062 的高開關(guān)頻率，需要選擇高速整流二極管。肖特基二極管因其快速恢復(fù)時(shí)間和低正向電壓而被推薦使用。二極管的峰值電流額定值應(yīng)至少等于電感選擇中計(jì)算出的 IPEAK，并且其擊穿電壓應(yīng)超過輸出電壓。

8.5 輸出電壓選擇

通過連接電阻分壓器到 FB 引腳，可以設(shè)置輸出電壓。選擇合適的電阻值，并將電阻靠近 IC 放置，以減少噪聲干擾。

8.6 環(huán)路補(bǔ)償

為了防止輸出紋波過大和效率低下，需要對(duì)電壓反饋環(huán)路進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。通過連接電阻和電容到 COMP 引腳，可以實(shí)現(xiàn)環(huán)路補(bǔ)償。根據(jù)相關(guān)公式選擇合適的元件值，并通過檢查瞬態(tài)響應(yīng)來調(diào)整元件參數(shù)，以獲得最佳性能。

8.7 軟啟動(dòng)電容選擇

軟啟動(dòng)電容的大小應(yīng)確保在輸出達(dá)到穩(wěn)定之前不會(huì)達(dá)到最終值。通過相關(guān)公式可以計(jì)算出軟啟動(dòng)電容的值，以實(shí)現(xiàn)平滑的啟動(dòng)過程。

九、PCB 布局和接地

9.1 高電流環(huán)路

盡量減小高電流環(huán)路的面積，將電感、整流二極管和輸出電容靠近輸入電容和 LX、PGND 引腳放置。高電流輸出環(huán)路的 di/dt 非常高，因此需要使用短而寬的連接，并避免在高電流路徑中使用過孔。

9.2 接地平面

創(chuàng)建功率接地島（PGND）和模擬接地平面（AGND），并將它們分開連接。功率接地島由輸入和輸出電容的接地以及 PGND 引腳組成，模擬接地平面由反饋分壓器的接地、COMP 和 SS 電容的接地以及設(shè)備的暴露背面焊盤組成。

9.3 反饋電阻

將反饋電壓分壓器電阻盡可能靠近 FB 引腳放置，保持分壓器的中心跡線短，避免反饋跡線靠近 LX 引腳，以減少開關(guān)噪聲的干擾。

9.4 旁路電容

將 IN 引腳的旁路電容盡可能靠近設(shè)備放置，其接地連接應(yīng)通過寬跡線直接連接到 AGND 引腳。

9.5 輸出電容與負(fù)載

盡量減小輸出電容與負(fù)載之間的跡線長度，并增加跡線寬度，以獲得最佳的瞬態(tài)響應(yīng)。

9.6 LX 節(jié)點(diǎn)

減小 LX 節(jié)點(diǎn)的尺寸，保持其寬而短，并將其與反饋節(jié)點(diǎn)和模擬接地保持距離。必要時(shí)可以使用直流跡線作為屏蔽。

十、總結(jié)

MAX17062 是一款功能強(qiáng)大、性能卓越的 TFT - LCD 升壓 DC - DC 轉(zhuǎn)換器。它具有高效率、輸出電壓可調(diào)、可調(diào)節(jié)開關(guān)頻率、可編程軟啟動(dòng)等多種特性，能夠滿足不同應(yīng)用場景的需求。在設(shè)計(jì)過程中，合理選擇外部元件和進(jìn)行良好的 PCB 布局和接地，對(duì)于實(shí)現(xiàn)最佳性能至關(guān)重要。電子工程師們?cè)谑褂?MAX17062 時(shí)，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，仔細(xì)考慮各個(gè)參數(shù)和因素，以確保設(shè)計(jì)的可靠性和穩(wěn)定性。你在使用類似的 DC - DC 轉(zhuǎn)換器時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。