MAX1778/MAX1880–MAX1885：TFT LCD電源管理的理想之選

在TFT LCD應(yīng)用的電源管理領(lǐng)域，MAX1778/MAX1880–MAX1885系列多輸出DC - DC轉(zhuǎn)換器憑借其卓越的性能和豐富的功能，成為了眾多電子工程師的首選方案。下面，我們就來(lái)深入了解一下這款產(chǎn)品。

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一、產(chǎn)品概述

MAX1778/MAX1880–MAX1885采用超薄TSSOP封裝，為有源矩陣薄膜晶體管（TFT）液晶顯示器（LCD）提供所需的穩(wěn)壓電壓。它集成了一個(gè)高功率升壓轉(zhuǎn)換器、兩個(gè)低功率電荷泵、一個(gè)內(nèi)置線性穩(wěn)壓器和VCOM緩沖器，滿(mǎn)足了TFT LCD的多種電源需求。

二、關(guān)鍵特性剖析

（一）升壓轉(zhuǎn)換器

1. 高效穩(wěn)定：主升壓轉(zhuǎn)換器能精確產(chǎn)生高達(dá)13V的外部設(shè)定輸出電壓，為顯示器的行/列驅(qū)動(dòng)器供電。其采用500kHz/1MHz電流模式PWM架構(gòu)，開(kāi)關(guān)頻率高，瞬態(tài)響應(yīng)快，可使用小型低剖面電感器和陶瓷電容器，效率最高可達(dá)91%。
2. 頻率與調(diào)節(jié)：不同型號(hào)的工作頻率有所不同，如MAX1778/MAX1880/MAX1883為0.85 - 1.15MHz，MAX1881/MAX1882/MAX1884/MAX1885為425 - 575kHz。通過(guò)調(diào)節(jié)反饋電壓誤差信號(hào)來(lái)調(diào)制MOSFET占空比，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定調(diào)節(jié)。在輕載時(shí)會(huì)自動(dòng)切換到脈沖跳躍模式，提高輕載效率。

（二）電荷泵（僅MAX1778/MAX1880–MAX1882）

1. 獨(dú)立輸出調(diào)節(jié)：兩個(gè)低功率電荷泵可獨(dú)立調(diào)節(jié)一個(gè)正輸出（VPOS）和一個(gè)負(fù)輸出（VNEG），輸出電壓范圍可達(dá) - 40V至 + 40V。獨(dú)特的控制方案可最大限度減少輸出紋波和電容器尺寸。
2. 工作原理：正電荷泵在半周期內(nèi)通過(guò)N溝道MOSFET對(duì)飛跨電容充電，另一半周期通過(guò)P溝道MOSFET將飛跨電容與儲(chǔ)能電容并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移；負(fù)電荷泵則相反，先由P溝道MOSFET對(duì)飛跨電容充電，再通過(guò)N溝道MOSFET進(jìn)行電荷轉(zhuǎn)移。

（三）低壓差線性穩(wěn)壓器（僅MAX1778/MAX1881/MAX1883/MAX1884）

1. 靈活供電：這是一個(gè)可編程的40mA線性穩(wěn)壓器，可為任何電源提供預(yù)穩(wěn)壓或后穩(wěn)壓。對(duì)于大電流應(yīng)用，還可添加外部晶體管。
2. 保護(hù)機(jī)制：具有輸出電流限制功能，可將輸出電流限制在130mA（典型值），結(jié)合熱過(guò)載保護(hù)，能保護(hù)輸出在短路到地的情況下不受損壞。

（四）VCOM緩沖器

1. 驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)：使用運(yùn)算跨導(dǎo)放大器（OTA）提供高電流輸出，非常適合驅(qū)動(dòng)TFT LCD面板的電容性負(fù)載，如背板。
2. 帶寬與響應(yīng)：其單位增益帶寬與輸出電容成反比，大電容負(fù)載可提高穩(wěn)定性，但會(huì)降低瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間。不過(guò)，隨著輸出電流的增加，放大器的跨導(dǎo)會(huì)增大，從而改善瞬態(tài)響應(yīng)。正反饋輸入具有雙模式操作，可通過(guò)內(nèi)部50%電阻分壓器設(shè)置輸出電壓，也可外部調(diào)整。

三、重要功能詳解

（一）關(guān)機(jī)功能（SHDN）

當(dāng)SHDN為低電平時(shí)，所有轉(zhuǎn)換器和參考電壓將關(guān)閉，電源電流降至0.1μA，可延長(zhǎng)電池壽命。SHDN上的邏輯電平轉(zhuǎn)換可清除故障鎖存器。

（二）上電順序

上電或退出關(guān)機(jī)狀態(tài)時(shí)，產(chǎn)品會(huì)按特定順序啟動(dòng)。首先是參考電壓上電，接著主DC - DC升壓轉(zhuǎn)換器軟啟動(dòng)，同時(shí)線性穩(wěn)壓器上電，然后負(fù)電荷泵開(kāi)啟，正電荷泵啟動(dòng)，最后VCOM緩沖器上電。

（三）軟啟動(dòng)功能

主升壓調(diào)節(jié)器在啟動(dòng)時(shí)通過(guò)逐步增加電流限制水平來(lái)減少輸入浪涌電流，分為四個(gè)階段。電荷泵則通過(guò)控制輸出電壓的上升速率實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)。

（四）故障檢測(cè)與保護(hù)

1. 故障觸發(fā)：當(dāng)主調(diào)節(jié)器或電荷泵輸出低于故障檢測(cè)閾值，或輸入電壓低于欠壓閾值時(shí)，RDY輸出變?yōu)楦咦钁B(tài)，所有輸出關(guān)閉，但參考電壓仍保持激活。
2. 故障清除：移除故障條件后，通過(guò)將SHDN拉低（低于0.8V）或循環(huán)輸入電壓（低于0.2V）可清除故障鎖存器并重新激活設(shè)備。

（五）電源就緒信號(hào)（RDY）

RDY是一個(gè)開(kāi)漏輸出，當(dāng)主升壓轉(zhuǎn)換器和低功率電荷泵的上電序列完成后，RDY拉低。若檢測(cè)到故障，RDY變?yōu)楦咦钁B(tài)。

（六）熱過(guò)載保護(hù)

當(dāng)結(jié)溫超過(guò) + 160°C時(shí)，熱傳感器會(huì)激活故障保護(hù)，關(guān)閉控制器。設(shè)備冷卻15°C后，通過(guò)上述方法清除故障鎖存器可重新激活。

四、設(shè)計(jì)要點(diǎn)與注意事項(xiàng)

（一）主升壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)

1. 輸出電壓選擇：通過(guò)連接從輸出（VMAIN）到FB的分壓器來(lái)調(diào)整輸出電壓，R2取值范圍為10kΩ - 50kΩ。
2. 電感選擇：電感值影響轉(zhuǎn)換器的效率、輸出負(fù)載能力、瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間和輸出電壓紋波，一般選擇4.7μH - 22μH的電感。電感的飽和電流額定值應(yīng)超過(guò)正常工作范圍內(nèi)的峰值電感電流，直流電阻應(yīng)小于內(nèi)部N溝道MOSFET導(dǎo)通電阻。
3. 輸出電容：選擇輸出電容時(shí)需考慮電路穩(wěn)定性和輸出電壓紋波，一般使用10μF陶瓷電容。
4. 反饋補(bǔ)償：為保證穩(wěn)定性，需從FB到GND添加由補(bǔ)償電阻（RCOMP）和補(bǔ)償電容（CCOMP）組成的零極點(diǎn)對(duì)，RCOMP為R2的一半。
5. 輸入電容：輸入電容可減少輸入電源的電流峰值和噪聲注入，其值主要由輸入電源的源阻抗決定。
6. 整流二極管：使用肖特基二極管，平均電流額定值應(yīng)等于或大于峰值電感電流，電壓額定值至少為主要輸出電壓的1.5倍。

（二）電荷泵設(shè)計(jì)（僅MAX1778/MAX1880–MAX1882）

1. 電荷泵級(jí)數(shù)選擇：根據(jù)電源電壓、輸出電壓、負(fù)載電流、開(kāi)關(guān)頻率、二極管正向壓降和陶瓷電容值確定所需的電荷泵級(jí)數(shù)。
2. 輸出電壓選擇：通過(guò)連接從輸出到FBP或FBN的分壓器來(lái)調(diào)整正、負(fù)輸出電壓。
3. 飛跨電容：增加飛跨電容值可提高輸出電流能力，但超過(guò)一定值后效果不明顯。飛跨電容的電壓額定值需滿(mǎn)足特定要求。
4. 電荷泵輸出電容：增加輸出電容或降低ESR可減少輸出紋波電壓和峰 - 峰瞬態(tài)電壓，可使用公式 (C{OUT } geq frac{I{LOAD }}{f{CHP } V{RIPPLE }}) 估算所需電容值。
5. 電荷泵輸入電容：使用值等于或大于飛跨電容的旁路電容，并靠近IC放置。
6. 電荷泵整流二極管：使用肖特基二極管，電流額定值應(yīng)等于或大于平均電荷泵輸入電流的兩倍，電壓額定值應(yīng)滿(mǎn)足要求。

（三）低壓差線性穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)（僅MAX1778/MAX1881/MAX1883/MAX1884）

1. 輸出電壓選擇：通過(guò)連接從LDOOUT到FBL的分壓器來(lái)調(diào)整輸出電壓，R8取值范圍為5kΩ - 50kΩ。
2. 電容選擇與穩(wěn)壓器穩(wěn)定性：輸入和輸出端需連接電容以確保在全溫度范圍和高達(dá)40mA的負(fù)載電流下穩(wěn)定工作。輸入旁路電容為1μF，輸出電容需根據(jù)公式計(jì)算，且ESR應(yīng)小于0.1Ω。
3. 外部通晶體管：當(dāng)線性穩(wěn)壓器電流超過(guò)40mA或需要降低IC功耗時(shí)，可使用外部NPN晶體管，需考慮其功率耗散、電流增益和集電極 - 發(fā)射極飽和電壓。

（四）VCOM緩沖器設(shè)計(jì)

1. 緩沖器輸出電壓和電容選擇：BUF + 具有雙模式操作，可連接到GND以預(yù)設(shè)VSUPB/2的輸出電壓，也可通過(guò)連接分壓器進(jìn)行外部調(diào)整。輸出端需連接至少1μF的陶瓷電容。

（五）PCB布局和接地

1. 主升壓轉(zhuǎn)換器的輸出二極管和輸出電容應(yīng)靠近LX和PGND引腳，使用寬走線且無(wú)過(guò)孔。
2. 模擬地和功率地應(yīng)分開(kāi)，輸入和輸出電容的接地連接應(yīng)分別連接到相應(yīng)的接地平面。
3. 反饋電阻分壓器應(yīng)靠近各自的反饋引腳，避免反饋?zhàn)呔€靠近LX開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)或電荷泵驅(qū)動(dòng)器。
4. 多層板中，頂層和底層信號(hào)層之間應(yīng)使用接地平面隔離，避免快速充電節(jié)點(diǎn)與高阻抗節(jié)點(diǎn)之間的電容耦合。
5. 電荷泵電路應(yīng)靠近IC，使用寬走線并避免過(guò)孔，在電荷泵輸入引腳附近放置0.1μF陶瓷旁路電容。
6. 使用超寬的功率接地走線，并將IC的功率接地引腳直接焊接到上面，以提高輸出功率和效率，減少輸出紋波電壓。

五、應(yīng)用場(chǎng)景分析

（一）筆記本電腦顯示器

由于筆記本應(yīng)用通常需要低剖面組件，該系列產(chǎn)品可滿(mǎn)足其對(duì)空間的要求。但低剖面電感的飽和額定值和串聯(lián)電阻可能會(huì)限制輸出電流和效率，低剖面電容的電壓額定值也可能較低。

（二）桌面顯示器

桌面顯示器對(duì)組件高度沒(méi)有限制，可選擇更大的輸出電容和電感，以實(shí)現(xiàn)更高的輸出電壓、更大的輸出電流和更高的效率。

（三）輸入電壓高于和低于輸出電壓的情況

通過(guò)結(jié)合升壓轉(zhuǎn)換器和線性穩(wěn)壓器，可在輸入電壓高于或低于輸出電壓時(shí)實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定調(diào)節(jié)。

（四）上電順序和故障保護(hù)

可通過(guò)添加外部MOSFET和PNP晶體管來(lái)增強(qiáng)故障保護(hù)功能，確保在啟動(dòng)過(guò)程中不會(huì)因故障損壞控制器或外部組件。

（五）VCOM緩沖器啟動(dòng)

在某些應(yīng)用中，為避免VCOM緩沖器啟動(dòng)時(shí)的高浪涌電流觸發(fā)故障檢測(cè)電路，可在SUPB和BUFOUT之間添加軟啟動(dòng)電阻分壓器。

綜上所述，MAX1778/MAX1880–MAX1885系列多輸出DC - DC轉(zhuǎn)換器在TFT LCD電源管理方面表現(xiàn)出色，但在設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師需要根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景和要求，合理選擇組件和進(jìn)行PCB布局，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。你在使用這款產(chǎn)品時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。