MAX8784：TFT-LCD電源解決方案的理想之選

在當(dāng)今的電子設(shè)備中，TFT-LCD面板廣泛應(yīng)用于電視和顯示器等設(shè)備。為了確保這些面板的穩(wěn)定運(yùn)行，需要一個(gè)高效、可靠的電源解決方案。MAX8784就是這樣一款專門(mén)為T(mén)FT-LCD面板設(shè)計(jì)的多輸出電源芯片，下面我們就來(lái)詳細(xì)了解一下它。

文件下載：MAX8784.pdf

一、產(chǎn)品概述

MAX8784是一款專為電視和顯示器中的TFT-LCD面板設(shè)計(jì)的多輸出電源芯片。它集成了升壓調(diào)節(jié)器、正負(fù)電荷泵、三個(gè)高電流運(yùn)算放大器以及邏輯控制的高壓開(kāi)關(guān)控制模塊。該芯片可在4V至5.5V的輸入電壓下工作，非常適合LCD電視面板和LCD顯示器應(yīng)用。

二、產(chǎn)品特性

（一）升壓調(diào)節(jié)器

• 快速瞬態(tài)響應(yīng)：能夠?qū)γ}沖負(fù)載做出快速響應(yīng)，滿足TFT-LCD面板源驅(qū)動(dòng)器的需求。
• 內(nèi)置功率MOSFET：內(nèi)置18V、4A、0.11Ω的n溝道功率MOSFET，具有無(wú)損電流檢測(cè)功能。
• 高效轉(zhuǎn)換：效率高達(dá)90%（5V輸入至15V輸出），開(kāi)關(guān)頻率為1.2MHz，允許使用超小型電感器和陶瓷電容器。
• 多種保護(hù)功能：具備輸出欠壓保護(hù)、軟啟動(dòng)、內(nèi)部電流限制和可調(diào)節(jié)輸出電壓等功能。

（二）三個(gè)高電流19V運(yùn)算放大器

• 高輸出短路電流：輸出短路電流可達(dá)180mA。
• 快速壓擺率：壓擺率為45V/μs，帶寬為20MHz。
• 軌到軌輸入輸出：實(shí)現(xiàn)軌到軌輸入和輸出操作。

（三）電荷泵調(diào)節(jié)器

• 正電荷泵：為T(mén)FT柵極驅(qū)動(dòng)器提供正電源，是一個(gè)兩級(jí)電荷泵，無(wú)需外部二極管，輸出電壓可通過(guò)電阻調(diào)節(jié)。
• 負(fù)電荷泵：為T(mén)FT柵極驅(qū)動(dòng)器提供負(fù)電源，輸出電壓同樣可通過(guò)電阻調(diào)節(jié)。

（四）高壓開(kāi)關(guān)控制

邏輯控制的高壓開(kāi)關(guān)允許對(duì)正TFT柵極驅(qū)動(dòng)器電源進(jìn)行操作。

（五）其他特性

• 內(nèi)置排序：具有內(nèi)部數(shù)字軟啟動(dòng)功能，可設(shè)置AVDD和GON的啟動(dòng)時(shí)序電容。
• 欠壓和熱保護(hù)：保護(hù)芯片免受欠壓和過(guò)熱的影響。
• 寬溫度范圍：工作溫度范圍為-40°C至+85°C。

三、電氣特性

（一）輸入電源范圍

VCC輸入電源范圍為4.0V至5.5V，VCC欠壓鎖定閾值為2.4V至2.8V。

（二）參考電壓

REF輸出電壓為1.232V至1.262V，負(fù)載調(diào)節(jié)能力在0 < ILOAD < 50μA時(shí)為10mV。

（三）振蕩器和時(shí)序

頻率范圍為950kHz至1400kHz，振蕩器最大占空比為87%至93%。

（四）升壓調(diào)節(jié)器

FB調(diào)節(jié)電壓為1.230V至1.262V，F(xiàn)B故障跳閘電平為0.96V至1.04V，LX電流限制為3.0A至5.0A。

（五）正負(fù)電荷泵調(diào)節(jié)器

正電荷泵VSUP輸入電源范圍為6V至19V，POUT輸出電壓范圍為VSUP至36V；負(fù)電荷泵FBN調(diào)節(jié)電壓為VREF - VFBN（0.985V至1.015V）。

（六）高壓開(kāi)關(guān)控制

CTL輸入低電壓為0.8V，高電壓為1.8V，GON到POUT開(kāi)關(guān)導(dǎo)通電阻為20Ω，GON到DRN開(kāi)關(guān)導(dǎo)通電阻為60Ω。

（七）運(yùn)算放大器

SUP電源范圍為6V至19V，SUP過(guò)壓故障閾值為19.1V至21.0V，輸入失調(diào)電壓為13mV，輸入共模電壓范圍為0至VSUP。

四、典型工作特性

（一）升壓調(diào)節(jié)器效率與負(fù)載電流

隨著負(fù)載電流的增加，升壓調(diào)節(jié)器的效率會(huì)有所變化。在典型工作條件下，可從相關(guān)曲線中獲取不同負(fù)載電流下的效率值。

（二）VCC靜態(tài)電流與VCC

VCC靜態(tài)電流會(huì)隨著VCC的變化而變化，了解這一特性有助于評(píng)估芯片的功耗。

（三）升壓調(diào)節(jié)器負(fù)載調(diào)節(jié)

能夠有效調(diào)節(jié)輸出電壓，確保在不同負(fù)載下輸出電壓的穩(wěn)定性。

（四）其他特性

還包括升壓調(diào)節(jié)器軟啟動(dòng)、負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)、脈沖負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)等特性，這些特性對(duì)于保證TFT-LCD面板的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。

五、引腳描述

MAX8784共有40個(gè)引腳，每個(gè)引腳都有其特定的功能。例如，C1N和C1P是飛跨電容C1的負(fù)、正端子；SUP是運(yùn)算放大器和電荷泵的電源輸入；FB是升壓調(diào)節(jié)器的反饋輸入等。了解這些引腳的功能對(duì)于正確使用芯片至關(guān)重要。

六、典型工作電路

典型工作電路可以從5V ±10%的輸入電源生成+14V源驅(qū)動(dòng)器電源、+28V正柵極驅(qū)動(dòng)器電源和-9V負(fù)柵極驅(qū)動(dòng)器電源。電路中使用了多個(gè)電容、電感、二極管等元件，具體元件的選擇和參數(shù)可參考文檔中的組件列表。

七、詳細(xì)工作原理

（一）升壓調(diào)節(jié)器

采用電流模式、固定頻率PWM架構(gòu)，通過(guò)調(diào)節(jié)占空比來(lái)控制輸出電壓。在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，內(nèi)部MOSFET的占空比近似為[D approx frac{V{AVDD }-V{IN}}{V_{AVDD }}]。軟啟動(dòng)功能通過(guò)線性增加內(nèi)部電流限制來(lái)實(shí)現(xiàn)，有效限制了啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流。同時(shí)，芯片會(huì)監(jiān)測(cè)FB電壓，若持續(xù)低于標(biāo)稱調(diào)節(jié)點(diǎn)的80%約55ms，會(huì)觸發(fā)故障鎖存，關(guān)閉除參考和運(yùn)算放大器外的所有輸出。

（二）正電荷泵調(diào)節(jié)器

通常用于為T(mén)FT LCD柵極驅(qū)動(dòng)器IC生成正電源軌。采用兩級(jí)電荷泵，通過(guò)外部電阻分壓器設(shè)置輸出電壓。芯片實(shí)現(xiàn)了數(shù)字可變電阻算法來(lái)控制輸出電流，啟動(dòng)時(shí)會(huì)進(jìn)行軟啟動(dòng)，有效限制浪涌電流。同時(shí)，會(huì)監(jiān)測(cè)FBP和SUP電壓，若出現(xiàn)故障會(huì)觸發(fā)相應(yīng)保護(hù)機(jī)制。

（三）負(fù)電荷泵調(diào)節(jié)器

為T(mén)FT LCD柵極驅(qū)動(dòng)器IC生成負(fù)電源軌。通過(guò)外部電阻分壓器設(shè)置輸出電壓，啟動(dòng)時(shí)也會(huì)進(jìn)行軟啟動(dòng)。芯片會(huì)監(jiān)測(cè)FBN電壓，若VFBN持續(xù)高于450mV約55ms，會(huì)觸發(fā)故障鎖存。

（四）高壓開(kāi)關(guān)控制

由三個(gè)高壓p溝道MOSFET組成，通過(guò)CTL信號(hào)控制開(kāi)關(guān)狀態(tài)。當(dāng)VGDEL超過(guò)VREF時(shí)，開(kāi)關(guān)控制模塊啟用；在故障模式和關(guān)機(jī)時(shí)禁用，此時(shí)GON通過(guò)內(nèi)部100kΩ電阻拉至PGND。

（五）運(yùn)算放大器

用于驅(qū)動(dòng)LCD背板（VCOM）或伽馬校正分壓器串。具有高輸出短路電流、快速壓擺率和寬帶寬等特點(diǎn)，但在輸入電壓接近電源軌（SUP、BGND）時(shí)，精度會(huì)顯著下降。同時(shí)，具有短路電流限制和熱保護(hù)功能。

（六）參考電壓

參考電壓標(biāo)稱值為1.246V，可提供至少50μA的電流。VCC是內(nèi)部參考模塊的輸入，需通過(guò)0.22μF陶瓷電容旁路REF。

八、設(shè)計(jì)步驟

（一）升壓調(diào)節(jié)器電感選擇

需要考慮電感值、峰值電流額定值和串聯(lián)電阻等因素。通過(guò)相關(guān)公式計(jì)算電感值和最大直流輸入電流，選擇合適的電感。同時(shí)，要確保電感的飽和電流額定值和MAX8784的LX電流限制超過(guò)所需的峰值電流，DC電流額定值超過(guò)最大直流輸入電流。

（二）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)。還需考慮輸出電容的電壓額定值和溫度特性。

（三）輸入電容選擇

輸入電容可減少?gòu)妮斎腚娫醇橙〉碾娏鞣逯?，降低噪聲注入。?shí)際應(yīng)用中，輸入電容值可根據(jù)源阻抗進(jìn)行調(diào)整。

（四）整流二極管選擇

由于MAX8784的高開(kāi)關(guān)頻率，建議使用肖特基二極管，一般2A的肖特基二極管與內(nèi)部MOSFET配合良好。

（五）輸出電壓選擇

通過(guò)連接電阻分壓器來(lái)調(diào)節(jié)升壓調(diào)節(jié)器和電荷泵調(diào)節(jié)器的輸出電壓，選擇合適的電阻值并將其靠近芯片放置。

（六）環(huán)路補(bǔ)償

選擇合適的RCOMP和CCOMP來(lái)設(shè)置高頻積分器增益和積分器零點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的性能和良好的瞬態(tài)響應(yīng)。

（七）電荷泵調(diào)節(jié)器

選擇合適的電荷泵級(jí)數(shù)，根據(jù)輸出要求選擇最低的級(jí)數(shù)以提高效率。同時(shí)，選擇合適的泵電容和輸出電容，并根據(jù)公式計(jì)算所需的電容值。

九、PCB布局

（一）接地

創(chuàng)建功率接地島（PGND）和模擬接地平面（AGND），將相關(guān)元件的接地連接在一起。

（二）元件放置

將反饋電壓分壓器電阻盡可能靠近其相應(yīng)的反饋引腳放置，避免反饋跡線靠近高噪聲節(jié)點(diǎn)。同時(shí)，將VCC和REF引腳的旁路電容盡可能靠近器件放置。

（三）走線

最小化高電流環(huán)路的面積，使用短而寬的連接，避免在高電流路徑中使用過(guò)孔。最小化LX節(jié)點(diǎn)的尺寸，保持其寬而短，并將其與反饋節(jié)點(diǎn)和模擬接地隔離。

十、HVS模式

HVS模式是為生產(chǎn)線末端面板測(cè)試設(shè)計(jì)的特殊操作模式。在該模式下，電源輸出電壓會(huì)高于正常水平，以暴露LCD面板中的故障。通過(guò)將HVS引腳置為邏輯高電平來(lái)啟用HVS模式，此時(shí)FBP被忽略，正電荷泵調(diào)節(jié)至30V的固定輸出電壓，升壓調(diào)節(jié)器輸出電壓也會(huì)相應(yīng)提高。

綜上所述，MAX8784是一款功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定的TFT-LCD電源解決方案。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師需要根據(jù)具體應(yīng)用需求，合理選擇元件、優(yōu)化PCB布局，以充分發(fā)揮芯片的性能。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類似芯片的使用問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。