MAX17103/AUO - P1721.14：TFT LCD的DC - DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)利器

在TFT LCD顯示技術(shù)領(lǐng)域，電源管理和驅(qū)動(dòng)電路的性能對顯示效果起著至關(guān)重要的作用。今天要和大家分享的MAX17103/AUO - P1721.14 DC - DC轉(zhuǎn)換器，集成了多種功能，能為TFT LCD應(yīng)用提供全面的解決方案。

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一、產(chǎn)品概述

MAX17103集成了高性能升壓調(diào)節(jié)器、350mA低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）、高速運(yùn)算放大器、負(fù)線性穩(wěn)壓器控制器以及高壓電平轉(zhuǎn)換掃描驅(qū)動(dòng)器，專為TFT LCD應(yīng)用優(yōu)化。其輸入電壓范圍為2.3V至5.5V，采用32引腳、5mm x 5mm的薄型QFN封裝，最大厚度僅0.8mm，非常適合薄型LCD面板。

（一）應(yīng)用場景

它適用于筆記本電腦顯示器等設(shè)備。在筆記本電腦的TFT LCD中，需要穩(wěn)定的電源和精確的驅(qū)動(dòng)信號來保證顯示質(zhì)量，MAX17103就能很好地滿足這些需求。

（二）產(chǎn)品特性

1. 寬輸入電壓范圍：2.3V至5.5V的輸入電壓范圍，能適應(yīng)多種電源環(huán)境。
2. 高效升壓調(diào)節(jié)器：1.2MHz電流模式升壓調(diào)節(jié)器，具有快速瞬態(tài)響應(yīng)，高達(dá)85%以上的效率，高精度參考（1%），集成16V、2A、200mΩ MOSFET。可通過外部電阻分壓器將輸出電壓設(shè)置為VIN至15V，其 Duty Cycle 近似計(jì)算公式為 (D approx frac{V{MAIN }-V{IN }}{V_{MAN }})。
3. 高性能運(yùn)算放大器：±200mA輸出短路電流、50V/μs壓擺率、12MHz -3dB帶寬，可用于驅(qū)動(dòng)LCD背板（VCOM）或伽馬校正分壓串。不過在輸入電壓接近其電源軌（OPAS和AGND）1V范圍內(nèi)，精度會顯著下降。
4. 低壓差線性穩(wěn)壓器：集成0.8Ω通流元件，能提供至少350mA電流，輸出電壓精度在±1%以內(nèi)。
5. 高壓掃描驅(qū)動(dòng)器：輸出可擺動(dòng)至40V（最大），能快速驅(qū)動(dòng)電容性負(fù)載，并且兩個(gè)互補(bǔ)輸出可通過電荷共享功能節(jié)省功耗。
6. 保護(hù)功能：具有熱過載保護(hù)、過流保護(hù)、欠壓鎖定（UVLO）等多種保護(hù)功能，確保設(shè)備在各種異常情況下的安全運(yùn)行。

二、電氣特性分析

（一）輸入輸出特性

在 (V{IN}=+3V)、(VOPAS = +8.5V)、(T{A}=0^{circ}C) 至 +85°C的條件下，輸入待機(jī)電流在不同條件下有所不同，如 (V{ENA }=0)、(V{IN }=5.5V)、(V{G H O N}=4V)、(V{G L}=0) 時(shí)為2mA；輸入靜態(tài)電流在不同工作狀態(tài)下也有差異，如VFB = 1.3V，LX不切換時(shí)和VFB = 1.2V，LX切換時(shí)數(shù)值不同。輸出方面，升壓調(diào)節(jié)器輸出電壓范圍為VIN至15V，頻率在1000 - 1400kHz之間。

（二）關(guān)鍵參數(shù)

1. 參考電壓：REF輸出電壓無外部負(fù)載時(shí)典型值為1.240V，負(fù)載調(diào)整率在 - 20至 + 10范圍內(nèi)。
2. 升壓調(diào)節(jié)器：FB調(diào)節(jié)電壓無負(fù)載時(shí)典型值為1.240V，F(xiàn)B線路調(diào)節(jié)在不同輸入電壓和溫度條件下有相應(yīng)指標(biāo)，LX電流限制在特定條件下為1.6 - 2.4A。
3. 運(yùn)算放大器：輸入偏置電流在 (V{POS }=V{OPAS } / 2)、(T_{A}=+25^{circ}C) 時(shí)為 - 50至 + 50 ，輸出電壓擺幅、壓擺率、帶寬等都有明確的參數(shù)指標(biāo)。

三、典型應(yīng)用電路設(shè)計(jì)

（一）電路功能

典型應(yīng)用電路（Figure 1）能為TFT顯示器生成 +8.5V源驅(qū)動(dòng)器電源以及約 +23V和 - 6V的柵極驅(qū)動(dòng)器電源。輸入電壓范圍為2.3V至5.5V，該電路設(shè)計(jì)為在2.5V至3.6V下運(yùn)行。

（二）元件選擇

1. 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(fù)載能力、瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間和輸出電壓紋波。在典型應(yīng)用中，根據(jù)公式 (L=left(frac{V{I N}}{V{MAIN }}right)^{2}left(frac{V{MAIN }-V{IN }}{I{MAIN(EFF) } × f{OSC }}right)left(frac{eta_{TYP }}{LIR}right)) 計(jì)算電感值，其中LIR是電感峰 - 峰紋波電流與滿載電流下平均直流電感電流的比值，一般在0.3 - 0.5之間。例如，在典型工作電路中，選擇10μH的電感。
2. 輸出電容選擇：輸出電壓紋波由電容紋波 (V{RIPPLE(C)} approx frac{I{MAIN }}{C{OUT }}left(frac{V{MAIN }-V{IN }}{V{MAIN } f{OSC }}right)) 和歐姆紋波 (V{RIPPLE(ESR) } approx I{PEAK } R{ESR(COUT) }) 組成，選擇時(shí)要考慮電壓額定值和溫度特性。
3. 輸入電容選擇：輸入電容（C3）可減少從輸入電源汲取的電流峰值和注入IC的噪聲，典型應(yīng)用中使用10μF陶瓷電容。
4. 整流二極管：由于MAX17103開關(guān)頻率高，推薦使用肖特基二極管，一般1A肖特基二極管與內(nèi)部MOSFET配合良好。
5. 輸出電壓選擇：通過連接從輸出（VMAIN）到AGND的電阻分壓器，中心抽頭連接到FB來調(diào)整升壓調(diào)節(jié)器的輸出電壓，計(jì)算公式為 (R 1=R 2 timesleft(frac{V_{MAIN }}{1.24 V}-1right))。
6. LDO輸出電壓調(diào)整：LDO輸出電壓通過連接從輸出（VLDOO）到AGND的電阻分壓器，中心抽頭連接到LDOADJ來調(diào)整，計(jì)算公式為 (R 7=R 8 timesleft(frac{V_{LDOO}}{1.24 V}-1right))。
7. 輸入電壓檢測器：通過連接從VDETECT到AGND的電阻分壓器，中心抽頭連接到VDET來調(diào)整被監(jiān)測電壓的下降沿閾值，計(jì)算公式為 (R 5=R 6 timesleft(frac{V_{DETECT(FALLING) }}{1.1 V}-1right))，上升沿閾值與下降沿閾值相關(guān)。
8. 柵極關(guān)斷線性穩(wěn)壓器控制器：通過連接從VVGL到REF的電阻分壓器，中心抽頭連接到FBN來調(diào)整負(fù)線性穩(wěn)壓器的輸出電壓，計(jì)算公式為 (R 9=frac{left|V_{V G L}right|}{1.24 V} × R 10)。

四、PCB布局和散熱設(shè)計(jì)

（一）PCB布局

1. 高電流環(huán)路：將電感、輸出二極管和輸出電容靠近輸入電容以及LX和PGND放置，減少高電流環(huán)路面積。高電流輸入環(huán)路和輸出環(huán)路的連接要短而寬，避免在高電流路徑中使用過孔，若不可避免則使用多個(gè)過孔并聯(lián)。
2. 接地設(shè)計(jì)：創(chuàng)建功率接地島（PGND）和模擬接地平面（AGND），將PGND引腳直接連接到暴露的背面焊盤，兩個(gè)接地平面之間不進(jìn)行其他連接。
3. 反饋電阻：反饋電壓分壓器電阻應(yīng)盡可能靠近反饋引腳，避免反饋?zhàn)呔€靠近LX或電荷泵中的開關(guān)節(jié)點(diǎn)。
4. 旁路電容：IN引腳旁路電容應(yīng)盡可能靠近器件，接地連接要直接且寬。
5. 輸出走線：輸出電容與負(fù)載之間的走線長度要短，寬度要大，以獲得最佳瞬態(tài)響應(yīng)。
6. LX節(jié)點(diǎn)：減小LX節(jié)點(diǎn)的尺寸，保持其寬而短，遠(yuǎn)離反饋節(jié)點(diǎn)和模擬接地，必要時(shí)使用直流走線作為屏蔽。

（二）散熱設(shè)計(jì)

IC的最大功耗取決于從管芯到周圍環(huán)境的熱阻和環(huán)境溫度。MAX17103通過將暴露的背面焊盤焊接到1平方英寸的PCB銅箔上，在 +70°C靜止空氣中可耗散約1990mW。增加PCB銅面積、降低環(huán)境溫度和增加氣流可提高散熱能力。主要的功耗組件包括升壓調(diào)節(jié)器、運(yùn)算放大器、LDO和高壓掃描驅(qū)動(dòng)器輸出。

在設(shè)計(jì)使用MAX17103/AUO - P1721.14時(shí)，電子工程師需要綜合考慮以上各個(gè)方面，才能充分發(fā)揮該芯片的性能，設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的TFT LCD驅(qū)動(dòng)電路。大家在實(shí)際應(yīng)用中遇到過哪些問題呢？歡迎一起交流探討。