MAX25520：汽車(chē)2通道TFT - LCD電源的理想之選

引言

在汽車(chē)電子領(lǐng)域，TFT - LCD顯示屏的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，從信息娛樂(lè)系統(tǒng)到儀表盤(pán)，都離不開(kāi)穩(wěn)定可靠的電源供應(yīng)。Analog Devices的MAX25520就是一款專門(mén)為汽車(chē)2通道TFT - LCD設(shè)計(jì)的電源IC，它具有高集成度、低EMI等諸多優(yōu)點(diǎn)，能滿足汽車(chē)電子嚴(yán)苛的工作環(huán)境要求。下面我們就來(lái)詳細(xì)了解一下這款產(chǎn)品。

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產(chǎn)品概述

基本功能

MAX25520是一款雙輸出電源IC，輸入電壓范圍在2.65V至5.5V之間（MAX25520ATEC為4.5V - 5.5V），能夠提供高達(dá)+10.5V（MAX25520ATEC為+12V）和低至 - 10.5V（MAX25520ATEC為 - 12V）的對(duì)稱或不對(duì)稱正、負(fù)電壓。它集成了一個(gè)全集成電流模式升壓轉(zhuǎn)換器和一個(gè)帶外部整流器的電流模式逆變器，可在420kHz或2.1MHz兩種開(kāi)關(guān)頻率下工作，2.1MHz的開(kāi)關(guān)頻率有助于實(shí)現(xiàn)非常緊湊的雙輸出電源設(shè)計(jì)。

應(yīng)用場(chǎng)景

主要應(yīng)用于汽車(chē)信息娛樂(lè)顯示屏、中央信息顯示屏和儀表盤(pán)等。

優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)

• 高集成度：同步升壓可提供高達(dá)10.5V/200mA（MAX25520ATEC為+12V）的正輸出，逆變器輸出可提供高達(dá) - 10.5V/ - 200mA（MAX25520ATEC為 - 12V）的負(fù)輸出。
• 低EMI：具備420kHz/2.1MHz開(kāi)關(guān)頻率，并采用了擴(kuò)頻技術(shù)。
• 多功能性：所有輸出都有欠壓診斷功能，具有完整的排序靈活性。
• 封裝與溫度范圍：采用緊湊的3mm x 3mm TQFN封裝，工作溫度范圍為 - 40°C至 + 125°C，符合AEC - Q100 1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵參數(shù)與特性

絕對(duì)最大額定值

了解絕對(duì)最大額定值對(duì)于正確使用器件至關(guān)重要。例如，NAVDD到GND的電壓范圍是V18 - 16V至V18 + 0.3V，F(xiàn)LTB、FBN到GND的電壓范圍是 - 0.3V至6V等。超過(guò)這些額定值可能會(huì)對(duì)器件造成永久性損壞。

電氣特性

• 輸入電源：不同型號(hào)的輸入電壓范圍有所不同，如MAX25520ATEA/B的輸入電壓范圍是2.65V - 5.5V，MAX25520ATEC是4.5V - 5.5V。此外，還規(guī)定了輸入欠壓鎖定閾值、啟動(dòng)延遲、關(guān)機(jī)電流和靜態(tài)電流等參數(shù)。
• V18穩(wěn)壓器：輸出電壓在無(wú)負(fù)載時(shí)為1.764V - 1.836V，有欠壓鎖定閾值和滯后等參數(shù)。
• 振蕩器：不同型號(hào)的工作頻率不同，如MAX25520ATEB/C在無(wú)抖動(dòng)時(shí)的開(kāi)關(guān)頻率為1950kHz - 2250kHz，MAX25520ATEA為390kHz - 450kHz，并且有頻率抖動(dòng)參數(shù)。
• 升壓穩(wěn)壓器：HVINP和AVDD的輸出電壓范圍因型號(hào)而異，還規(guī)定了默認(rèn)輸出電壓、反饋調(diào)節(jié)電壓、最大占空比、開(kāi)關(guān)導(dǎo)通電阻等參數(shù)。
• 反相穩(wěn)壓器：INN的電壓范圍與輸入電源類(lèi)似，規(guī)定了關(guān)機(jī)電流、靜態(tài)電流、最大占空比、反饋調(diào)節(jié)電壓等參數(shù)。
• AVDD開(kāi)關(guān)：有導(dǎo)通電阻和電流限制等參數(shù)。
• 故障保護(hù)：包括故障超時(shí)、重試時(shí)間、各輸出的欠壓故障閾值和短路故障閾值等參數(shù)。
• 邏輯輸入和輸出：規(guī)定了使能引腳的濾波時(shí)間、最小低電平時(shí)間、輸入邏輯高和低電壓、下拉電阻等參數(shù)。
• 熱關(guān)斷：熱關(guān)斷閾值為160°C，滯后為15°C。

典型工作特性

通過(guò)典型工作特性曲線，我們可以直觀地了解器件在不同輸入電壓、溫度和開(kāi)關(guān)頻率下的關(guān)機(jī)電源電流、靜態(tài)電流、穩(wěn)壓器效率、負(fù)載調(diào)節(jié)和線性調(diào)節(jié)等性能。例如，在不同輸入電壓和開(kāi)關(guān)頻率下，關(guān)機(jī)電源電流和靜態(tài)電流會(huì)有所變化；穩(wěn)壓器效率會(huì)隨著負(fù)載電流的變化而變化。

引腳配置與功能

引腳配置

MAX25520采用16引腳的TQFN封裝，各引腳都有其特定的功能。

引腳功能

• 使能引腳（ENN、ENP）：分別用于控制反相穩(wěn)壓器和升壓轉(zhuǎn)換器的開(kāi)啟和關(guān)閉。
• 故障輸出引腳（FLTB）：開(kāi)漏、低電平有效故障輸出，用于指示故障狀態(tài)。
• 反饋引腳（FBP、FBN）：分別用于設(shè)置AVDD和NAVDD的輸出電壓。
• 開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)（LXP、LXN）：分別是升壓轉(zhuǎn)換器和反相轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)。
• 電源和接地引腳：包括IN、INN、GND、PGND等，為器件提供電源和接地連接。

詳細(xì)工作原理

輸出電壓編程

兩個(gè)輸出電壓可以獨(dú)立編程，也可以相互跟蹤。當(dāng)FBN連接到IN時(shí)，器件處于跟蹤模式，NAVDD被調(diào)節(jié)為 - AVDD；否則，AVDD和NAVDD輸出通過(guò)FBP和FBN反饋輸入獨(dú)立設(shè)置。

上電狀態(tài)

當(dāng)ENP或ENN引腳置高時(shí)，V18穩(wěn)壓器開(kāi)啟，相應(yīng)的輸出也開(kāi)啟；當(dāng)ENN和ENP都為低電平時(shí)，器件處于低靜態(tài)電流模式。如果內(nèi)部1.8V穩(wěn)壓器超出范圍，器件停止工作。

開(kāi)關(guān)頻率

器件有2.1MHz和420kHz兩種開(kāi)關(guān)頻率版本，并且采用了擴(kuò)頻技術(shù)來(lái)改善EMI性能。

升壓轉(zhuǎn)換器和反相轉(zhuǎn)換器

• AVDD升壓轉(zhuǎn)換器：是一個(gè)電流模式升壓轉(zhuǎn)換器，輸出開(kāi)關(guān)可產(chǎn)生高達(dá) + 10.5V（MAX25520ATEC為 + 12V）、200mA的電壓。其調(diào)節(jié)電壓由連接到FBP引腳的電阻分壓器設(shè)置，內(nèi)部有軟啟動(dòng)功能，可在5ms內(nèi)將HVINP電壓升至最終值。
• NAVDD反相轉(zhuǎn)換器：是電流模式反相降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器，可產(chǎn)生低至 - 10.5V（MAX25520ATEC為 - 12V）、 - 200mA的輸出電壓。其輸出電壓可以通過(guò)連接到IN/INN跟蹤AVDD，也可以通過(guò)連接在V18、FBN和NAVDD之間的電阻設(shè)置。

故障處理

當(dāng)檢測(cè)到故障時(shí)，F(xiàn)LTB引腳置低?？赡艿墓收习ˋVDD或NAVDD欠壓、短路和熱關(guān)斷。對(duì)于欠壓故障，處理方式取決于器件是處于跟蹤模式還是獨(dú)立輸出模式。熱關(guān)斷時(shí)，當(dāng)結(jié)溫達(dá)到165°C，兩個(gè)輸出立即關(guān)閉；當(dāng)結(jié)溫下降15°C，根據(jù)使能引腳的狀態(tài)重新啟用輸出。

應(yīng)用設(shè)計(jì)指南

電感選擇

• 升壓轉(zhuǎn)換器電感：根據(jù)開(kāi)關(guān)頻率和輸出電流選擇電感值，如420kHz開(kāi)關(guān)頻率、輸出電流 < 100mA時(shí)選擇15μH的電感；輸出電流 > 100mA時(shí)選擇10μH的電感。電感的飽和電流額定值必須超過(guò)最大電流限制（升壓轉(zhuǎn)換器為2.3A）。
• NAVDD穩(wěn)壓器電感：選擇方法與升壓轉(zhuǎn)換器電感類(lèi)似，只是最大電流限制為2.25A。

電容選擇

• 升壓輸出濾波電容：主要考慮低等效串聯(lián)電阻（ESR），420kHz開(kāi)關(guān)頻率時(shí)電容值應(yīng)不小于22μF，2.1MHz時(shí)為10μF。為避免AVDD啟用時(shí)HVINP出現(xiàn)大幅下降，HVINP節(jié)點(diǎn)的電容應(yīng)至少是AVDD電容的3倍。
• NAVDD輸出電容：主要考慮低ESR和電容值，電容值應(yīng)不小于10μF。

二極管選擇

對(duì)于NAVDD外部二極管，峰值電流額定值應(yīng)至少為L(zhǎng)XN電流限制（2.25A），二極管擊穿電壓額定值應(yīng)超過(guò)最大INN電壓和NAVDD電壓絕對(duì)值之和，采用肖特基二極管可提高轉(zhuǎn)換器的整體效率。

電壓設(shè)置

• AVDD電壓設(shè)置：可以通過(guò)將FBP連接到V18設(shè)置為默認(rèn)值6.8V，也可以通過(guò)連接電阻分壓器來(lái)設(shè)置，計(jì)算公式為[R 1=frac{R 2 timesleft(V_{AVDD }-0.9right)}{0.9}] 。
• NAVDD電壓設(shè)置：當(dāng)FBN連接到IN/INN時(shí)，NAVDD電壓跟蹤AVDD；否則，通過(guò)連接電阻分壓器設(shè)置，計(jì)算公式為[R 4=-frac{V_{NAVDD } × R 3}{1.8}] ，R3應(yīng)大于4.7kΩ。

布局注意事項(xiàng)

在設(shè)計(jì)PCB時(shí)，要盡量減小LXP和LXN節(jié)點(diǎn)的面積以及開(kāi)關(guān)電流回路的面積。具體布局建議包括：

• 分離電源地和模擬地，并在單點(diǎn)連接。
• 將反饋電阻分壓器連接到模擬或“安靜”地，V18和IN/INN電容也連接到該地，反饋電阻應(yīng)靠近相關(guān)引腳放置，以避免噪聲拾取。
• 去耦電容應(yīng)盡可能靠近各自的引腳放置。
• 保持大電流路徑短而寬。
• 高速開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)（LXP、LXN）應(yīng)遠(yuǎn)離敏感模擬節(jié)點(diǎn)（FBP、FBN等）。

典型應(yīng)用電路

跟蹤輸出應(yīng)用電路

該電路中，F(xiàn)BN連接到IN，NAVDD跟蹤AVDD，可實(shí)現(xiàn)對(duì)稱或不對(duì)稱的正、負(fù)電壓輸出，適用于需要輸出電壓相互關(guān)聯(lián)的應(yīng)用場(chǎng)景。

獨(dú)立輸出應(yīng)用電路

在這種電路中，AVDD和NAVDD輸出獨(dú)立設(shè)置，可根據(jù)具體需求靈活調(diào)整輸出電壓，適用于對(duì)輸出電壓有不同要求的應(yīng)用場(chǎng)景。

總結(jié)

MAX25520以其高集成度、低EMI、多功能性和寬溫度范圍等特點(diǎn)，為汽車(chē)2通道TFT - LCD電源設(shè)計(jì)提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求，合理選擇電感、電容、二極管等外部元件，并注意PCB布局，以確保器件的性能和穩(wěn)定性。同時(shí)，通過(guò)對(duì)故障處理機(jī)制的了解，可以更好地應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的故障情況，提高系統(tǒng)的可靠性。大家在使用MAX25520進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，有沒(méi)有遇到過(guò)什么特別的問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)交流分享。