MAX8727：TFT - LCD 升壓 DC - DC 轉(zhuǎn)換器的設計與應用

在電子設備的設計中，電源管理是至關(guān)重要的一環(huán)。對于 TFT - LCD 顯示屏來說，一個高效穩(wěn)定的升壓 DC - DC 轉(zhuǎn)換器是保證其正常工作的關(guān)鍵。今天，我們就來深入探討一下 Maxim 公司的 MAX8727 升壓 DC - DC 轉(zhuǎn)換器。

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一、產(chǎn)品概述

MAX8727 是一款高性能的升壓 DC - DC 轉(zhuǎn)換器，專為有源矩陣薄膜晶體管（TFT）液晶顯示器（LCD）提供穩(wěn)壓電源。它采用電流模式、固定頻率、脈沖寬度調(diào)制（PWM）電路，內(nèi)置 n 溝道功率 MOSFET，能實現(xiàn)高達 90% 的效率和快速的瞬態(tài)響應。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。

二、產(chǎn)品特性

2.1 高效節(jié)能

• 高達 90% 的效率，能有效降低功耗，延長設備的電池續(xù)航時間。
• 輸入電壓范圍為 2.6V 至 5.5V，輸出電壓可在 VIN 至 24V 之間調(diào)節(jié)，適應多種不同的應用場景。

2.2 靈活配置

• 可通過引腳編程選擇 640kHz 或 1.2MHz 的開關(guān)頻率，滿足不同的設計需求。
• 可編程軟啟動功能，通過外部電容控制輸入電流的緩慢上升，減少浪涌電流對設備的沖擊。

2.3 低功耗設計

• 關(guān)機電流僅為 0.1μA，在不工作時能大大降低功耗。
• 采用 10 引腳薄型 DFN 封裝，體積小巧，適合空間有限的設計。

三、電氣特性

3.1 輸入輸出參數(shù)

• 輸入電壓范圍：當 VOUT < 18V 時，輸入電壓范圍為 2.6V 至 5.5V；當 18V < VOUT < 24V 時，輸入電壓范圍為 4.0V 至 5.5V。
• 輸出電壓范圍：最大可達 24V。

3.2 關(guān)鍵參數(shù)

• 欠壓鎖定閾值：典型滯后為 50mV，范圍在 2.20V 至 2.57V 之間。
• 靜態(tài)電流：在不同的工作狀態(tài)下，靜態(tài)電流有所不同，例如在 VFB = 1.3V 且不開關(guān)時，典型值為 0.225mA；在 VFB = 1.0V 且開關(guān)時，典型值為 2mA。

3.3 其他特性

• 誤差放大器：FB 調(diào)節(jié)電壓為 1.24V 標稱值，輸入偏置電流在 50nA 至 250nA 之間。
• 振蕩器：頻率可通過 FREQ 引腳選擇，當 FREQ = GND 時，頻率為 540kHz 至 740kHz；當 FREQ = IN 時，頻率為 1000kHz 至 1500kHz。

四、典型應用電路

4.1 電路組成

典型的 MAX8727 應用電路包括輸入電容、電感、整流二極管、輸出電容以及反饋電阻等元件。通過合理選擇這些元件的值，可以實現(xiàn)穩(wěn)定的輸出電壓和良好的負載特性。

4.2 元件選擇

• 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。這些因素會影響轉(zhuǎn)換器的效率、最大輸出負載能力、瞬態(tài)響應時間和輸出電壓紋波。一般來說，電感的選擇需要在電路效率、電感尺寸和成本之間進行權(quán)衡。
• 輸出電容選擇：輸出電壓紋波由電容紋波和歐姆紋波組成。對于陶瓷電容，輸出電壓紋波通常由電容紋波主導。同時，還需要考慮輸出電容的電壓額定值和溫度特性。
• 輸入電容選擇：輸入電容可以減少從輸入電源汲取的電流峰值，并減少對 IC 的噪聲注入。在實際應用中，根據(jù)源阻抗的不同，可以適當調(diào)整輸入電容的值。
• 整流二極管選擇：由于 MAX8727 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時間和低正向電壓而被推薦用于大多數(shù)應用。

五、設計要點

5.1 輸出電壓選擇

通過連接一個電阻分壓器從輸出（VMAIN）到 GND，并將中心抽頭連接到 FB 引腳，可以實現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)。選擇 R2 在 10kΩ 至 50kΩ 范圍內(nèi)，然后根據(jù)公式 (R1 = R2 times (frac{V{MAIN}}{V{FB}} - 1)) 計算 R1 的值。

5.2 環(huán)路補償

為了防止輸出紋波過大和效率低下，需要對電壓反饋環(huán)路進行適當?shù)难a償。通過連接一個電阻（RCOMP）和電容（CCOMP）串聯(lián)從 COMP 到 GND，以及另一個電容（CCOMP2）從 COMP 到 GND 來實現(xiàn)。選擇合適的 RCOMP、CCOMP 和 CCOMP2 值可以保證環(huán)路的穩(wěn)定性和良好的瞬態(tài)響應。

5.3 軟啟動電容

軟啟動電容的大小需要根據(jù)輸出電容、最大輸出電壓、允許的峰值浪涌電流和最大輸出電流等因素來確定。確保軟啟動電容在輸出達到穩(wěn)定之前不會達到最終值，以避免過大的浪涌電流。

六、PCB 布局和接地

6.1 布局原則

• 最小化高電流環(huán)路的面積，將電感、整流二極管和輸出電容靠近輸入電容以及 LX 和 GND 引腳放置。
• 創(chuàng)建電源接地島（PGND）和模擬接地平面（AGND），并將它們通過 GND 引腳連接到設備的暴露背面焊盤。
• 將反饋電壓分壓器電阻盡可能靠近 FB 引腳放置，避免反饋走線靠近 LX。
• 將 IN 引腳旁路電容盡可能靠近設備放置，并將其接地連接直接通過寬走線連接到 GND 引腳。

6.2 注意事項

• 避免在高電流路徑中使用過孔，如果不可避免，應使用多個過孔并聯(lián)以減少電阻和電感。
• 最小化 LX 節(jié)點的尺寸，同時保持其寬度和長度較短，并使其遠離反饋節(jié)點和模擬接地。

七、總結(jié)

MAX8727 是一款功能強大、性能優(yōu)越的 TFT - LCD 升壓 DC - DC 轉(zhuǎn)換器。通過合理的元件選擇、電路設計和 PCB 布局，可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢，為 TFT - LCD 顯示屏提供穩(wěn)定可靠的電源。在實際設計過程中，工程師們需要根據(jù)具體的應用需求和設計要求，靈活調(diào)整參數(shù)，以達到最佳的性能和效果。大家在使用 MAX8727 進行設計時，有沒有遇到過什么特別的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。