MAX1620/MAX1621：數(shù)字化可調(diào)LCD偏置電源的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

一、引言

在電子設(shè)備中，LCD顯示屏的穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)至關(guān)重要。MAX1620/MAX1621作為數(shù)字化可調(diào)LCD偏置電源，能將1.8V至20V的電池電壓轉(zhuǎn)換為正或負(fù)的LCD背板偏置電壓，為L(zhǎng)CD的正常工作提供了有力保障。本文將詳細(xì)介紹MAX1620/MAX1621的特性、工作原理、設(shè)計(jì)過(guò)程及應(yīng)用要點(diǎn)。

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二、產(chǎn)品概述

2.1 功能特點(diǎn)

MAX1620/MAX1621可將1.8V - 20V的電池電壓轉(zhuǎn)換為正或負(fù)的LCD背板偏置電壓，當(dāng)顯示邏輯電壓移除時(shí)，背板偏置電壓可自動(dòng)禁用，保護(hù)顯示屏。它們采用超小的QSOP封裝，占用極少的PCB板面積，僅需小型、低剖面的外部組件。

2.2 輸出電壓調(diào)節(jié)

輸出電壓可通過(guò)外部電阻設(shè)置為所需的正或負(fù)電壓范圍，并可通過(guò)板載數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）或電位器在該范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。其中，MAX1620/MAX1621包含一個(gè)5位DAC，允許通過(guò)數(shù)字軟件控制偏置電壓。MAX1620使用上下數(shù)字信號(hào)調(diào)節(jié)DAC，而MAX1621則使用系統(tǒng)管理總線（SMBus?）2線串行接口。

2.3 應(yīng)用領(lǐng)域

適用于筆記本電腦、掌上電腦、個(gè)人數(shù)字助理、便攜式數(shù)據(jù)采集終端等設(shè)備。

三、工作原理

3.1 工作模式

MAX1620/MAX1621工作在不連續(xù)傳導(dǎo)模式（每個(gè)開(kāi)關(guān)周期結(jié)束時(shí)電感電流降至零），具有恒定的峰值電流，無(wú)需電流檢測(cè)電阻。開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間與輸入電壓VBATT成反比，由微秒 - 伏特常數(shù)（k因子）決定，典型值為20μs - V。

3.2 輸出電流計(jì)算

對(duì)于理想的升壓轉(zhuǎn)換器，輸出電流與輸入電壓和峰值電感電流成正比，計(jì)算公式為： [I{OUT}=frac{1}{2} times k{factor} times V{BATT} / V{OUT}] 峰值電感電流IPK與導(dǎo)通時(shí)間tON成正比，tON由k因子決定： [I{PK} = k{factor} / L]

3.3 不連續(xù)傳導(dǎo)檢測(cè)

通過(guò)監(jiān)測(cè)LX節(jié)點(diǎn)電壓來(lái)檢測(cè)不連續(xù)傳導(dǎo)。當(dāng)電感能量完全釋放后，LX節(jié)點(diǎn)電壓跳回到BATT電壓。當(dāng)檢測(cè)到該交叉點(diǎn)時(shí)，如果輸出仍未達(dá)到調(diào)節(jié)狀態(tài)，則發(fā)出另一個(gè)脈沖。

四、輸出電壓選擇與控制

4.1 正輸出電壓

將極性引腳（POL）連接到VDD，采用典型的升壓拓?fù)?。FB調(diào)節(jié)電壓為1.5V，為確保最佳穩(wěn)定性，VOUT應(yīng)大于1.1（VBATT）。

4.2 負(fù)輸出電壓

將POL連接到GND。內(nèi)部誤差放大器的輸出反轉(zhuǎn)以提供正確的反饋極性，F(xiàn)B調(diào)節(jié)電壓為0V。D1、D2、C4和C5組成反相電荷泵以產(chǎn)生負(fù)電壓。負(fù)輸出電路有兩種連接方式，標(biāo)準(zhǔn)連接下D1的陰極連接到BATT，輸出紋波性能最佳，但|VOUT|必須限制在不超過(guò)27V - 1.1（VBATT）；若需要更大的負(fù)電壓，可采用替代連接，將D1的陰極連接到地，最大負(fù)輸出可達(dá) - 27V，但需滿足|VOUT| > 1.1VBATT。

4.3 輸出電壓控制

輸出電壓通過(guò)連接到反饋引腳（FB）的分壓器設(shè)置。對(duì)于正輸出，分壓器參考GND；對(duì)于負(fù)輸出，分壓器參考REF。輸出電壓可通過(guò)內(nèi)部DAC將電流求和到FB來(lái)調(diào)節(jié)，5位DAC由用戶可編程的上下計(jì)數(shù)器控制。

4.3.1 MAX1620控制方式

通過(guò)UP和DN引腳控制DAC計(jì)數(shù)器。UP引腳的上升沿通過(guò)遞減計(jì)數(shù)器并將DAC輸出電壓降低一步來(lái)增加|VOUT|；DN引腳的上升沿通過(guò)遞增計(jì)數(shù)器并將DAC輸出電壓增加一步來(lái)降低|VOUT|。同時(shí)將UP和DN置高可將計(jì)數(shù)器重置為半量程。

4.3.2 MAX1621控制方式

通過(guò)SMBus接口控制計(jì)數(shù)器到DAC。計(jì)數(shù)器被視為一個(gè)5位寄存器，上電時(shí)重置。只要VDD大于欠壓鎖定閾值，DAC中的設(shè)置就保證有效。

五、設(shè)計(jì)過(guò)程與組件選擇

5.1 輸出調(diào)整

5.1.1 設(shè)置最小輸出電壓

使用電阻分壓器（R4 - R5）從VOUT到AGND設(shè)置最小輸出電壓。FB閾值電壓為1.5V，選擇R4為300kΩ，使分壓器中的電流約為5μA。對(duì)于正輸出，R5的計(jì)算公式為： [R5 = R4 times (V{OUT,MIN} - V{FB}) / V{FB}] 對(duì)于負(fù)輸出，R5的計(jì)算公式為： [R5 = R4 times |V{OUT,MIN} / V_{REF}|]

5.1.2 設(shè)置最大輸出電壓（DAC調(diào)節(jié)）

DAC可在0V至1.5V之間以32步進(jìn)行調(diào)節(jié)，1LSB = 1.5V / 31。通過(guò)在分壓器電路中添加R3來(lái)進(jìn)行VOUT的DAC調(diào)節(jié)。確保VOUT,MAX不超過(guò)LCD面板的額定值。R3的計(jì)算公式為： [R3 = R5 times (V{FB}) / (V{OUT,MAX} - V_{OUT,MIN})]

5.2 電位器調(diào)節(jié)

輸出也可通過(guò)電位器而不是DAC進(jìn)行調(diào)節(jié)。選擇RPOT = 100kΩ，將其連接在REF和GND之間，將R3連接到電位器的抽頭。

5.3 控制LCD

當(dāng)POK處的電壓大于1V時(shí)，開(kāi)漏LCDON輸出拉低。LCDON可承受27V，因此可驅(qū)動(dòng)PFET或PNP晶體管來(lái)切換MAX1620/MAX1621的正輸出。使用POK和LCDON控制LCD有三種情況：

1. 作為關(guān)斷開(kāi)關(guān)，確保關(guān)機(jī)期間正升壓輸出降至0V。
2. 作為正輸出的輸出感應(yīng)截止。
3. 作為正輸出的輸入感應(yīng)輸出截止。

5.4 組件選擇

5.4.1 電感器選擇

實(shí)際電感值范圍為33μH至1mH，100μH適用于廣泛的應(yīng)用。建議使用具有鐵氧體磁芯或等效材料的電感器，其電流額定值應(yīng)超過(guò)由k因子和線圈電感設(shè)置的峰值電流。

5.4.2 二極管選擇

由于最大開(kāi)關(guān)頻率高達(dá)300kHz，需要高速整流器，建議使用肖特基二極管，如MBRS0540。其平均電流額定值必須大于峰值開(kāi)關(guān)電流，反向擊穿電壓應(yīng)大于正輸出電壓或負(fù)輸出電壓加上VBATT。

5.4.3 外部開(kāi)關(guān)晶體管

為保持效率，需要高速開(kāi)關(guān)晶體管，建議使用邏輯電平N溝道MOSFET，如MMFT3055VL。其VDS額定值應(yīng)大于正輸出電壓或負(fù)輸出電壓加上VBATT。在某些應(yīng)用中，為節(jié)省成本，可使用雙極晶體管代替MOSFET，但會(huì)降低效率。

5.4.4 輸出濾波電容

對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，22μF、35V、低ESR的表面貼裝鉭輸出電容就足夠了。輸出紋波電壓主要由峰值開(kāi)關(guān)電流乘以輸出電容的有效串聯(lián)電阻（ESR）決定，100mVp - p的輸出紋波是成本和性能之間的良好折衷。

5.4.5 輸入旁路電容

VDD和VBATT需要旁路電容。VDD使用0.1μF陶瓷電容盡可能靠近IC進(jìn)行旁路。電池為電感器提供高電流，需要在電感器附近進(jìn)行局部大容量旁路，大多數(shù)應(yīng)用使用22μF低ESR表面貼裝電容即可。

5.4.6 電荷泵電容（負(fù)輸出）

對(duì)于負(fù)輸出配置，C4應(yīng)具有低ESR，且應(yīng)小于輸出電容（C5），其電壓額定值應(yīng)與C5相同。對(duì)于圖6的電路，建議使用2.2μF電容。

5.4.7 反饋補(bǔ)償電容

由于反饋電阻（R3、R4、R5）的值較高，反饋環(huán)路容易受到FB引腳處寄生電容的相位滯后影響。為補(bǔ)償這一點(diǎn)，在R5上并聯(lián)一個(gè)電容（C6），其值取決于R3、R4、R5的并聯(lián)組合和單個(gè)電路布局，典型值范圍為33pF至220pF。

5.4.8 參考補(bǔ)償電容

內(nèi)部參考使用外部電容進(jìn)行頻率補(bǔ)償，在REF和地之間連接一個(gè)最小0.1μF的陶瓷電容。

六、PCB布局與接地

由于高電流水平和快速開(kāi)關(guān)波形，正確的PCB布局至關(guān)重要。特別是要保持所有走線短，尤其是連接到FB引腳以及連接N1、L1、D1、D2、C4和C5的走線。將R3、R4和R5盡可能靠近反饋引腳放置。使用星形接地配置，將輸入旁路電容、輸出電容和開(kāi)關(guān)晶體管的接地連接在一起，靠近IC的PGND引腳，并在芯片處將AGND和PGND連接在一起。

七、總結(jié)

MAX1620/MAX1621數(shù)字化可調(diào)LCD偏置電源為L(zhǎng)CD驅(qū)動(dòng)提供了靈活、高效的解決方案。通過(guò)合理選擇組件和優(yōu)化PCB布局，可以確保其在各種應(yīng)用中穩(wěn)定可靠地工作。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要注意輸出電壓的設(shè)置、組件的選擇以及接地和布局等問(wèn)題，以實(shí)現(xiàn)最佳性能。各位工程師在實(shí)際應(yīng)用中，不妨根據(jù)具體需求靈活調(diào)整設(shè)計(jì)，你在使用過(guò)程中遇到過(guò)哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。