深度解析MAX1664：有源矩陣液晶顯示器電源芯片的卓越之選

在當今的電子設備中，液晶顯示器（LCD）的應用無處不在。而對于有源矩陣薄膜晶體管（TFT）液晶顯示器而言，電源供應和背板驅(qū)動電路的設計至關重要。MAX1664作為一款高度集成的芯片，為TFT-LCD提供了全面的電源解決方案。今天，我們就來深入了解一下這款芯片。

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一、產(chǎn)品概述

MAX1664集成了有源矩陣TFT-LCD所需的電源供應和背板驅(qū)動電路。它包含一個單輸出脈沖寬度調(diào)制（PWM）升壓轉(zhuǎn)換器、一個使用單個電感的雙輸出（正和負）柵極驅(qū)動器電源、一個LCD背板驅(qū)動器以及一個簡單的鎖相環(huán)（PLL），用于同步所有三個輸出。

1. 關鍵特性

• 高集成度：集成了三個DC-DC轉(zhuǎn)換器的所有有源電路，減少了外部元件的數(shù)量。
• 小尺寸外部元件：允許使用小型、低高度的外部元件，如陶瓷電容器和2μH至5μH的電感器，同時保持低輸出噪聲。
• 低工作電壓：輸入電壓范圍為+2.8V至+5.5V，可與任何邏輯電源配合使用。
• 可調(diào)輸出電壓：DC-DC 1的輸出電壓可調(diào)至+5.5V，DC-DC 2的正輸出電壓可調(diào)至+28V，負輸出電壓可調(diào)至 -10V（使用額外元件可調(diào)整至 -20V）。
• 低功耗：關機電流僅為1μA，具有電源就緒輸出信號。

2. 應用領域

MAX1664適用于各種LCD模塊和LCD面板，為其提供穩(wěn)定可靠的電源供應。

二、引腳配置與功能

三、工作原理與電路分析

1. 啟動過程

在啟動時，兩個轉(zhuǎn)換器在VREF達到其標稱值的90%之前保持禁用狀態(tài)。首先激活VOUT1，一旦VOUT1達到穩(wěn)定，再啟用VOUT2 - 。VOUT2 +保持為0，直到VOUT2 - 達到其調(diào)節(jié)目標的90%。在通電或從關機狀態(tài)恢復時，三個輸出以類似的順序上電。

2. DC-DC 1升壓轉(zhuǎn)換器

DC-DC 1采用電流模式升壓PWM架構，產(chǎn)生一個可調(diào)的正電壓，范圍從3V到5.5V（但不低于VIN）。該轉(zhuǎn)換器使用一個內(nèi)部N溝道MOSFET，最大導通電阻為0.5Ω。逐周期峰值電流限制可在故障條件下保護開關。啟動時，DC-DC 1是第一個被啟用的轉(zhuǎn)換器。其固定頻率、電流模式操作確保開關噪聲僅存在于工作頻率及其諧波處，并且開關頻率與背板時鐘輸入鎖相。

3. DC-DC 2雙輸出轉(zhuǎn)換器

DC-DC 2采用同步、固定導通時間的PFM架構，提供正和負輸出電壓，使驅(qū)動IC能夠打開和關閉TFT柵極。脈沖發(fā)生時，它們與DC-DC 1同步，從而最小化轉(zhuǎn)換器之間的相互作用和次諧波干擾。DC-DC 2的電感電流始終是不連續(xù)的，允許雙輸出獨立調(diào)節(jié)，使得一個輸出可以處于100%負載，而另一個輸出處于無負載狀態(tài)。

4. 背板驅(qū)動器

MAX1664提供一個低阻抗背板驅(qū)動器，將BPCLK信號從邏輯電平轉(zhuǎn)換為BPVDD/BPVSS電平。背板驅(qū)動器由一個N溝道/P溝道互補的高電流MOSFET對組成，當BPCLK為高或低時，分別將BPDRV驅(qū)動到BPVDD或BPVSS。開關的最大導通電阻為0.7Ω，典型傳播延遲為50ns。背板驅(qū)動器的電源可以取自DC-DC 1的輸出VOUT1。

5. 鎖相環(huán)（PLL）

MAX1664包含一個片上PLL，用于將PWM和PFM轉(zhuǎn)換器時鐘與背板時鐘同步，以最小化噪聲和干擾。PLL是一個頻率倍增型，為DC-DC 1生成標稱1MHz的時鐘信號，為DC-DC 2生成標稱500kHz的時鐘信號。三個輸入頻率范圍（20kHz至72kHz）允許在廣泛的背板時鐘輸入頻率范圍內(nèi)進行同步，同時保持最佳的轉(zhuǎn)換頻率。

四、設計步驟與元件選擇

1. 輸出電壓選擇

MAX1664的三個輸出電壓以及背板時鐘的直流偏置均可調(diào)節(jié)。通過使用兩個標準1%電阻組成的分壓器，將所選輸出與相應的反饋引腳連接，可設置每個輸出電壓。具體計算公式如下：

• DC-DC 1輸出：(R1 = R2(frac{V{OUT1}}{V{FB1}} - 1))
• DC-DC 2正輸出：(R7 = R8(frac{V{OUT2 +}}{V{FB2 +}} - 1))
• DC-DC 2負輸出：(R6 = R5|frac{V{OUT2 -}}{V{REF}}|)
• 背板驅(qū)動器直流偏置：(R3 = R4(frac{V{BPVDD} - V{BPVSS}}{V{DCBIAS} - V{BPVSS}} - 1))

2. 電感器選擇

• L1：推薦的最佳電感值為3.3μH，建議使用直流串聯(lián)電阻小于300mΩ的電感器以實現(xiàn)最高效率。增大L1的值（如4.7μH）可增加DC-DC 1的輸出電流能力，但會增加尺寸和所需的輸出濾波電容。
• L2：在大輸入電壓（如5V）和低開關頻率（如≤400kHz）的情況下，應增加L2的值（如6.8μH或10μH）以限制峰值電流。在某些情況下，可能需要減小L2的值以增加DC-DC 2的輸出電流能力。

3. 二極管選擇

由于MAX1664的高開關頻率，需要使用快速二極管。推薦使用肖特基二極管，如MBR0520L、MBR0540L和MBRM5817。對于DC-DC 2的正輸出，應使用電壓額定值超過VOUT2 +的肖特基二極管；對于負輸出，應使用額定值超過VIN + |VOUT2 - |的肖特基二極管。

4. 濾波電容選擇

輸出濾波電容的等效串聯(lián)電阻（ESR）和尺寸會對開關轉(zhuǎn)換器的輸出紋波產(chǎn)生很大影響。推薦使用陶瓷電容，因為它們具有低ESR和最低的外形尺寸。

5. PLL補償

在大多數(shù)應用中，圖4所示的推薦補償元件值將提供最佳的系統(tǒng)性能。如果不使用背板時鐘，應將PLLC連接到REF。

五、應用信息

1. 提高VOUT1電壓

對于VOUT1輸出電壓高于5.5V的應用，可以連接圖5所示的補充電荷泵電路。通過選擇合適的R1和R2值，可以設置2 x VIN至10V的輸出電壓。

2. 3.3V至 -20V電荷泵配置

對于需要低至 -20V負電壓的應用，可以在VOUT2 - 輸出端添加一個反相電荷泵模塊。CF和COUT的典型值分別為0.47μF至1μF和4.7μF至10μF，一般來說，COUT應是CF的十倍。

3. 電源連接與布局

MAX1664同時執(zhí)行精密模擬和高功率開關功能，因此需要仔細規(guī)劃電源連接、旁路和布局。在IN和INP之間使用33Ω隔離電阻（R9）進行旁路，并在INP總線上提供足夠的低ESR旁路電容以確保DC-DC 1的穩(wěn)定性。建議在功率元件下方使用實心接地平面，在模擬節(jié)點下方使用單獨的接地平面，并在一個安靜的點將這些接地平面連接起來。模擬參考和反饋信號應參考并路由在模擬接地平面上。

六、總結(jié)

MAX1664是一款功能強大、高度集成的有源矩陣TFT-LCD電源芯片，具有高集成度、小尺寸外部元件、低工作電壓、可調(diào)輸出電壓等優(yōu)點。通過合理的設計和元件選擇，可以為LCD模塊和面板提供穩(wěn)定可靠的電源供應。在實際應用中，工程師需要根據(jù)具體需求進行電路設計和布局，以充分發(fā)揮MAX1664的性能優(yōu)勢。你在使用MAX1664或類似芯片時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。