TET-LCD供電電路

1 MAX1748的引腳與功能

有源矩陣薄膜晶體管（TFT）液晶顯示器（LCD）具有輕薄、省電、抗干擾能力強(qiáng)、有效顯示面積大等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電話、PDA、數(shù)碼相機(jī)等于持終端產(chǎn)品中。TFT-LCD的柵極驅(qū)動(dòng)通常需要正、負(fù)電流供電，因此在采用TFT-LCD的便攜式產(chǎn)品中一般需要三組供電電源，MAX1748就是針對(duì)這一應(yīng)用而研制開發(fā)的。它內(nèi)部包括：主電源DC-DC轉(zhuǎn)換器和兩個(gè)電荷泵。主電流輸入電壓范圍為2.7～5.5V，輸出電壓可達(dá)13V，穩(wěn)定度在±1%以內(nèi)。雙電荷泵電路用于提供獨(dú)立的正、負(fù)電壓輸出，并為TFT柵極驅(qū)動(dòng)器供電，通過(guò)外接二極放寬和電容器，輸出電壓可達(dá)+40V/-40V。MAX1748采用20腳TSSOP（高度僅為1.1mm）封裝，引腳排列如圖1所示。表1為各引腳的功能說(shuō)明。

表1 MAX1748的引腳說(shuō)明

2 MAX1748的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2.1 主電源升壓電路

MAX1748主電源升壓轉(zhuǎn)換器的工作頻率為1MHz，其外部允許選用小尺寸的電感和電容，通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖寬度來(lái)控制每個(gè)轉(zhuǎn)換周期的能量傳遞，以產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出電壓。在PWM工作模式下，內(nèi)部時(shí)鐘在上升沿觸發(fā)接通N溝道NOSFET（如圖2），當(dāng)電壓誤差之和、斜率補(bǔ)償、電流反饋信號(hào)超出比較器電壓誤差之和、斜率補(bǔ)償、電流反饋信號(hào)超出比較器預(yù)置門限時(shí)，觸發(fā)器復(fù)位，使得在下一時(shí)鐘周期之前MOSFET處于斷開狀態(tài)。改變輸出電壓的誤差信號(hào)將改變開關(guān)電流的門限值，從而調(diào)節(jié)MOSFET的導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)間。

2.2 雙電荷泵電路

MAX1748內(nèi)部包括兩路獨(dú)立的低功耗電荷泵，一路電荷泵用于產(chǎn)生與輸入電壓（SUPN）反相的電壓，另一種電荷泵用來(lái)產(chǎn)生輸入電壓（SUPP）的倍壓輸出，內(nèi)部N溝道、P溝疲乏MOSFET開關(guān)的工作頻率為500kH。電荷泵電路工作時(shí)，主電源轉(zhuǎn)換效率與負(fù)載電流的關(guān)系曲線如圖3所示。

2.3 MAX1748的上電順序

當(dāng)MAX1748上電或脫離關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，控制電路將順序開啟內(nèi)部電路，其上電順序?yàn)椋海?）基準(zhǔn)電源上電；（2）具有軟啟動(dòng)電路的主電源DC-DC升壓轉(zhuǎn)換電路開啟；（3）當(dāng)主電流達(dá)到穩(wěn)定的輸出電壓時(shí)，負(fù)電荷泵電路啟動(dòng)；（4）當(dāng)負(fù)電荷泵輸出電壓達(dá)到穩(wěn)壓值的88%時(shí)，正電荷泵開啟；（5）當(dāng)正電荷泵輸出電壓達(dá)到穩(wěn)壓值的90%時(shí)，MOSFET導(dǎo)通，把RDY位至低電平。RDY為漏極開路輸出，需在RDY與腳之間接100kΩ的上拉電阻。在RDY引腳降為低電平后，故障檢測(cè)電路將對(duì)基準(zhǔn)電源、各種輸出電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)。（基準(zhǔn)源輸出故障門限值為1.05V，主電流故障檢測(cè)門限為正常輸出電壓的88%，負(fù)電葆泵故障檢測(cè)門限為正常輸出電壓的90%，正電荷泵故障檢測(cè)門限為正常輸出電壓的88%），一旦輸出電壓出現(xiàn)故障，RDY輸出將變?yōu)楦咦钁B(tài)。依照上電順序，MAX1748將關(guān)閉后續(xù)電路。例如，當(dāng)負(fù)荷泵輸出電壓跌落到故障檢測(cè)門限值以下時(shí)，主電流將保持有效輸出，而正電荷泵電路將被關(guān)閉直到負(fù)電荷泵輸出電壓達(dá)到正常。

3 電源設(shè)計(jì)

圖4為MAX1748的典型應(yīng)用電路，下面介紹主電源和電荷泵電路的設(shè)計(jì)過(guò)程。

3.1 主電源的設(shè)計(jì)

a.設(shè)置輸出電壓

改變主電源輸出（VMAIN）與FB引腳間的電阻R1或FB引腳與GND之間 電阻R2可以調(diào)節(jié)輸出電壓，一般R2設(shè)置在10kΩ至20kΩ范圍內(nèi)，R1的阻值可依照下式選擇：

R1=R2[(VMAIN/VREF)-1]

式中，VREF=1.25V，主電源輸出電壓VMAIN范圍為VIN～13V。選擇較大的分壓電阻有利于改善DC-DC的轉(zhuǎn)換效率，但輸入偏置電流牟反饋會(huì)使輸出電壓的誤差增大。

b.選擇電感

電感的選擇取決于輸入電壓、輸出電壓、最大電流、開關(guān)頻率、轉(zhuǎn)換效率、電壓紋波、尺寸以及所允許的電感值，電感參數(shù)主要包括：電感值（L）、峰值電流（IPEAK）和等效電阻（RL），可參考下式確定電感的峰值電流：

IPEAK=[IMAIN(MAX)V(MAIN)/(EfficiencyVIN(MIN)) ×[1+(LIR/2)]

式中：LIR=電感電流峰峰值/電感最大平均電流，在對(duì)電感尺寸、損耗、輸出紋波等參數(shù)加以權(quán)衡后，一般LIR應(yīng)設(shè)置在0.3至0.5之間。電感值為：

L=V2IN（MIN）Efficiency(VMIN-VIN(MIN))/(V2(MAIN)LIRIMAIN(MAX)fosc)

圖4電路中，主電源輸出電壓為10V、最大負(fù)載電流為200mA，時(shí)鐘頻率為1MHz、效率為85%，因此應(yīng)選用6.8μH的電感，推薦使用帶用鐵氧體磁芯的電感，電感的最大額定工作電流應(yīng)該大于峰電流IPEAK，當(dāng)電路出現(xiàn)故障時(shí)，電感的峰值電流有時(shí)會(huì)達(dá)到2A。MAX1748的快速限流電路能夠在電感出現(xiàn)軟飽和時(shí)為IC提供保護(hù)。電感的直流等效電阻對(duì)轉(zhuǎn)換效率的影響較大，應(yīng)選用等效電阻低于內(nèi)置N溝道MOSFET導(dǎo)通電阻的電感，為減小噪聲輻射，應(yīng)選用屏蔽電感。

c.選擇電容

輸出電容對(duì)輸出電壓的紋波及轉(zhuǎn)換北京有直接影響，輸出紋波等于電感峰值電流與輸出電容等效串聯(lián)電阻（ESR）的乘積，選用低導(dǎo)通電阻的陶瓷電容有利于改善系統(tǒng)特性，當(dāng)負(fù)載瞬態(tài)峰值電流較大時(shí)，可選用表面貼裝的鉭電容。輸入電容CIN能夠降低從輸入電源吸取的峰值電流和抑制噪聲。電容值由輸入電源的內(nèi)阻確定，內(nèi)阻較大時(shí)電容值應(yīng)較大，是由于升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換相當(dāng)于輸入電源的一個(gè)“恒功率”負(fù)載，輸入電流增大時(shí)，輸入電壓跌落。一般選擇CIN=COUT。

3.2 電荷泵電路設(shè)計(jì)

a.效率

MAX1748內(nèi)部穩(wěn)壓型電荷泵的轉(zhuǎn)換效率特性與線性穩(wěn)壓器相似，當(dāng)輸出電流較小時(shí)，轉(zhuǎn)換效率主要取決于靜態(tài)電流；當(dāng)輸出電流較大時(shí)，轉(zhuǎn)換北京主要取決于輸入電壓。因此，電葆 泵電路所能提供的最大效率可由下式確定：

EN=VNEG/(VINN) (負(fù)電荷泵)

Ep=Vpos/[VIN(N+1)] （正電荷泵）

式中，N為電荷泵的級(jí)數(shù)。

b.設(shè)置輸出電壓

在FBP引腳與VPOS、GND之間接電阻分壓器（R3、R4）可調(diào)節(jié)正電荷泵的輸出電壓；在FBN引腳與VNEG、REF之間接電阻分壓器（R5、R6）可調(diào)節(jié)負(fù)電荷泵的輸出電壓。通常R4、R6在50kΩ至100kΩ之間選擇，根據(jù)需要的輸出電壓值，可由下式可確定R3、R5的值：

R3=R4[(Vpos/VREF)-1]

R5=R6(VNEG/VREF)

式中，VREF=1.25V，Vpos的調(diào)節(jié)范圍為VSUPP～40V；VNEG的調(diào)節(jié)范圍為0～-40V。

c.選擇電容

飛電容一般取0.1μF，增大飛電容的電容值會(huì)降低輸出電流的驅(qū)動(dòng)能力，當(dāng)飛電容增大到一定程序時(shí)，輸出電流的驅(qū)動(dòng)能力將主要受限于內(nèi)部電荷泵開關(guān)的導(dǎo)通電阻和外部二極管的導(dǎo)通限抗。電葆泵的輸出電容對(duì)輸出電壓的紋波和瞬態(tài)電壓的峰值影響較大，增大輸出電容、降低電容的ESR可減小輸出紋波，并降低瞬態(tài)電壓峰值。

電荷泵輸入電容應(yīng)大于或等于飛電容，并盡量靠近IC安裝。COUT由下式確定：

COUT≥[IOUT/(500kHz×γripple)]

d.選擇二極管

二極管可選用肖特基二極放寬，其額定電流應(yīng)大于4倍的平均輸出電流，正電荷泵二極管的額定電壓需大于1.45倍的VSUPP；負(fù)電荷泵二極管的額定電壓需大于VSUPN。

3.3 利用共柵-共源電路產(chǎn)生高壓輸出

當(dāng)要求主電源的輸出電壓高于13V時(shí)，可通過(guò)外接N溝道MOSFET與內(nèi)部電路構(gòu)成共柵-共源結(jié)構(gòu)以獲得高壓輸出，外接MOSFET應(yīng)靠近LX引腳安裝，柵極接輸入電壓、源極線LX。實(shí)際電路如圖5所示，外部MOSFET的導(dǎo)通電阻（RDS（ON））要低于內(nèi)部N溝道MOSFET的導(dǎo)通電阻，較低的導(dǎo)通電阻有利于改善轉(zhuǎn)換效率。外部MOSFET的額定電壓應(yīng)高于主電源輸出電壓（VMAIN）。