MAX8710/MAX8711/MAX8712/MAX8761：低成本線性調(diào)節(jié)器LCD面板電源解決方案

在LCD顯示器和LCD電視的設(shè)計(jì)中，為TFT液晶顯示屏（LCD）面板提供穩(wěn)定、高效的電源是至關(guān)重要的。Maxim推出的MAX8710、MAX8711、MAX8712和MAX8761系列產(chǎn)品，為TFT LCD面板提供了完整的線性調(diào)節(jié)器電源解決方案。今天，我們就來(lái)深入了解一下這幾款產(chǎn)品。

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一、產(chǎn)品概述

MAX8710/MAX8711/MAX8712/MAX8761系列為TFT LCD面板提供了完整的線性調(diào)節(jié)器電源解決方案。這些器件集成了高性能AVDD線性調(diào)節(jié)器、正電荷泵調(diào)節(jié)器、負(fù)電荷泵調(diào)節(jié)器以及內(nèi)置的上電順序控制。其中，MAX8710/MAX8711/MAX8761還集成了大電流運(yùn)算放大器，而MAX8710/MAX8761更是提供了邏輯控制的高壓開(kāi)關(guān)，用于控制正電荷泵輸出。

產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

1. 高性能線性調(diào)節(jié)器：輸出精度達(dá)1.6%，能與小型陶瓷輸出電容配合工作，具備快速瞬態(tài)響應(yīng)和折返式電流限制功能。
2. 電荷泵調(diào)節(jié)器：包含50mA負(fù)穩(wěn)壓電荷泵和20mA正穩(wěn)壓電荷泵，且正電荷泵具有可調(diào)延遲功能。
3. 大電流運(yùn)算放大器（MAX8710/MAX8711/MAX8761）：輸出短路電流可達(dá)±150mA，壓擺率為12V/μs，帶寬為12MHz，具備軌到軌輸入/輸出功能。
4. 多種保護(hù)功能：包括熱保護(hù)、鎖存故障保護(hù)等，有效增強(qiáng)產(chǎn)品的穩(wěn)定性與可靠性。

不同產(chǎn)品的封裝與工作溫度范圍

• MAX8710/MAX8761采用24引腳薄型QFN封裝。
• MAX8711采用16引腳薄型QFN封裝。
• MAX8712采用12引腳薄型QFN封裝。

所有封裝尺寸均為4mm x 4mm，最大厚度為0.8mm，適用于超薄LCD面板設(shè)計(jì)。工作溫度范圍方面，MAX8710/MAX8711/MAX8712為-40°C至+100°C，MAX8761為-40°C至+85°C。

二、電氣特性詳解

線性調(diào)節(jié)器

線性調(diào)節(jié)器直接將輸入電壓降壓，為源驅(qū)動(dòng)器IC提供電源電壓（AVDD）。輸入電壓范圍為8V至28V，輸出電壓范圍在MAX8710/MAX8761中可達(dá)28V，在MAX8711/MAX8712中可達(dá)13.2V。

其輸出電流能力方面，MAX8710/MAX8711/MAX8712至少為300mA，MAX8761至少為500mA。在啟動(dòng)時(shí)，線性調(diào)節(jié)器會(huì)通過(guò)軟啟動(dòng)程序，將內(nèi)部參考電壓從0V逐步升至2.5V，軟啟動(dòng)時(shí)間約為2.73ms，此期間可有效限制浪涌電流。

正電荷泵調(diào)節(jié)器

正電荷泵調(diào)節(jié)器通常用于為TFT LCD柵極驅(qū)動(dòng)器IC生成正電源軌。通過(guò)外部電阻分壓器連接至FBP引腳，可設(shè)定輸出電壓。其MOSFET開(kāi)關(guān)頻率恒定為1.5MHz，啟動(dòng)時(shí)可通過(guò)連接外部電容至DLP引腳實(shí)現(xiàn)延遲啟動(dòng)，同樣具備軟啟動(dòng)功能，能有效限制啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流。

負(fù)電荷泵調(diào)節(jié)器

負(fù)電荷泵調(diào)節(jié)器用于為TFT LCD柵極驅(qū)動(dòng)器IC生成負(fù)電源軌。通過(guò)外部電阻分壓器連接至FBN引腳設(shè)定輸出電壓，MOSFET開(kāi)關(guān)頻率同樣為1.5MHz。啟動(dòng)時(shí)，內(nèi)部參考電壓會(huì)從5V逐步降至250mV，軟啟動(dòng)時(shí)間約為2.73ms。

運(yùn)算放大器（MAX8710/MAX8711/MAX8761）

運(yùn)算放大器具有高輸出電流（150mA）、快速壓擺率（12V/μs）和寬帶寬（12MHz）的特點(diǎn)，常用于驅(qū)動(dòng)TFT LCD面板的背板（VCOM）。在使用時(shí)，若為純?nèi)菪载?fù)載，需采取措施確保其穩(wěn)定運(yùn)行，如在OUTB和容性負(fù)載之間放置5Ω至50Ω的電阻以減少增益峰值。

參考電壓（REF）

參考輸出電壓標(biāo)稱值為5V，可提供高達(dá)1mA的電流。需通過(guò)一個(gè)0.22μF的陶瓷電容連接至GND進(jìn)行旁路，且在關(guān)斷模式下，參考電壓仍保持啟用狀態(tài)。

三、電源上電順序與關(guān)斷控制

上電時(shí)，REF隨IN引腳電壓上升。當(dāng)REF達(dá)到穩(wěn)定且SHDN為高電平時(shí)，線性調(diào)節(jié)器、運(yùn)算放大器和負(fù)電荷泵調(diào)節(jié)器啟用并開(kāi)始軟啟動(dòng)。線性調(diào)節(jié)器啟用后，正電荷泵調(diào)節(jié)器延遲模塊開(kāi)始工作，當(dāng)DLP引腳電壓超過(guò)VREF / 2時(shí)，正電荷泵調(diào)節(jié)器開(kāi)始軟啟動(dòng)。

關(guān)斷時(shí)，當(dāng)SHDN引腳拉低或REF電壓低于4.5V，器件進(jìn)入關(guān)斷模式。此時(shí)，OUTL和OUTB引腳通過(guò)1kΩ電阻內(nèi)部接地，F(xiàn)BN和FBP引腳通過(guò)10Ω電阻內(nèi)部接地，DLP引腳通過(guò)10Ω電阻接地，電容CDLP放電。在MAX8710中，GON引腳還會(huì)通過(guò)1kΩ電阻接地，而REF在關(guān)斷模式下仍保持開(kāi)啟。

四、保護(hù)功能分析

輸出故障保護(hù)

在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行期間，若線性調(diào)節(jié)器或任何電荷泵調(diào)節(jié)器的輸出未超過(guò)其各自的故障檢測(cè)閾值，器件將激活內(nèi)部故障定時(shí)器。若故障持續(xù)約44ms，器件將設(shè)置故障鎖存，關(guān)閉除參考電壓外的所有輸出。排除故障后，可通過(guò)循環(huán)輸入電壓或切換SHDN引腳來(lái)清除故障鎖存并重新激活器件。

熱過(guò)載保護(hù)

熱過(guò)載保護(hù)可防止IC因過(guò)度功耗而過(guò)熱。當(dāng)結(jié)溫超過(guò)+160°C時(shí)，熱傳感器會(huì)立即激活故障保護(hù)，關(guān)閉除參考電壓外的所有輸出，待器件冷卻約15°C后自動(dòng)重啟。

五、開(kāi)關(guān)控制（MAX8710/MAX8761）

MAX8710/MAX8761的開(kāi)關(guān)控制模塊由高壓p溝道MOSFET和共源極連接的p溝道MOSFET對(duì)組成，具有兩種不同的工作模式。

模式一

將MODE引腳連接至REF激活此模式。當(dāng)CTL為高電平時(shí)，Q1導(dǎo)通，Q2截止，GON連接至SRC；當(dāng)CTL為低電平時(shí)，Q1截止，Q2導(dǎo)通，GON連接至DRN，GON可通過(guò)連接在DRN和GND或OUTL之間的電阻放電。當(dāng)VGON達(dá)到THR引腳電壓的10倍時(shí)，Q2截止，停止對(duì)GON放電。

模式二

當(dāng)VMODE小于0.9 x VREF時(shí)，開(kāi)關(guān)控制模塊工作在該模式。VCTL的上升沿使Q1導(dǎo)通，Q2截止，GON連接至SRC，同時(shí)內(nèi)部n溝道MOSFET Q5導(dǎo)通，對(duì)MODE和GND之間的外部電容放電。VCTL的下降沿使Q5截止，內(nèi)部50μA電流源開(kāi)始對(duì)MODE電容充電。當(dāng)VMODE超過(guò)0.5 x VREF時(shí)，開(kāi)關(guān)控制模塊使Q1截止，Q2導(dǎo)通，GON連接至DRN，同樣在VGON達(dá)到THR引腳電壓的10倍時(shí)，Q2截止，停止對(duì)GON放電。

六、設(shè)計(jì)程序要點(diǎn)

線性調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)

輸出電壓選擇

通過(guò)連接電阻分壓器從線性調(diào)節(jié)器輸出AVDD到GND，并將中心抽頭連接至FBL引腳來(lái)調(diào)整輸出電壓。選擇分壓器的下電阻R2在10kΩ至50kΩ之間，上電阻R1可通過(guò)公式 (R 1=R 2 timesleft(frac{V{A V D D}}{V{F B L}}-1right)) 計(jì)算，其中 (V_{FBL}=2.5V) 為線性調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)點(diǎn)。

輸入電容選擇

線性調(diào)節(jié)器的輸出級(jí)由pnp傳輸晶體管組成，為避免輸入電壓的快速變化耦合到晶體管基極，需使用輸入電容。在典型工作電路中使用10μF陶瓷電容，實(shí)際應(yīng)用中，若線性調(diào)節(jié)器直接由另一個(gè)穩(wěn)壓電源輸出供電，可使用較小的輸入電容。

輸出電容選擇

輸出電容及其等效串聯(lián)電阻（ESR）會(huì)影響線性調(diào)節(jié)器的穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng)。MAX8710/MAX8711/MAX8712使用4.7μF輸出電容可穩(wěn)定提供至少300mA電流，MAX8761使用10μF輸出電容可穩(wěn)定提供至少500mA電流。對(duì)于典型的脈沖負(fù)載，可根據(jù)公式 (C{OUT (MIN) } approx frac{I{PULSE} × t{PULSE }}{V{DIP(MAX) }}) 計(jì)算最小所需電容值。

前饋補(bǔ)償

通過(guò)在前饋網(wǎng)絡(luò)中添加一個(gè)零點(diǎn)可改善負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)?？赏ㄟ^(guò)在OUTL和FBL之間連接一個(gè)前饋電容（C1）來(lái)添加零點(diǎn)，零點(diǎn)頻率可通過(guò)公式 (f{ZERO }=frac{1}{2 pi R{1} C{1}}=frac{f{U}}{sqrt{V{OUTL } / V{FBL }}}) 計(jì)算，其中R1為反饋分壓器的上電阻， (f_{u}) 為單位增益頻率。

電荷泵調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)

電荷泵級(jí)數(shù)選擇

為實(shí)現(xiàn)最高效率，應(yīng)選擇滿足輸出要求的最少電荷泵級(jí)數(shù)。正電荷泵級(jí)數(shù) (n{POS }) 和負(fù)電荷泵級(jí)數(shù) (n{NEG }) 可通過(guò)相應(yīng)公式計(jì)算，若第一級(jí)電荷泵由5V電源供電，公式會(huì)有所變化。

輸出電壓選擇

正電荷泵調(diào)節(jié)器的輸出電壓可通過(guò)連接電阻分壓器從輸出VP到GND，并將中心抽頭連接至FBP引腳來(lái)調(diào)整。上電阻R3可通過(guò)公式 (R 3=R 4 timesleft(frac{V{P}}{V{F B P}}-1right)) 計(jì)算，其中 (V{FBP}=2.5V) 為調(diào)節(jié)點(diǎn)。負(fù)電荷泵調(diào)節(jié)器的輸出電壓通過(guò)連接電阻分壓器從輸出VGOFF到REF，并將中心抽頭連接至FBN引腳來(lái)調(diào)整，R5可通過(guò)公式 (R 5=R 6 × frac{V{F B N}-V{G O F F}}{V{R E F}-V{F B N}}) 計(jì)算，其中 (V{REF}=5V) ， (V_{FBN}=250mV) 為調(diào)節(jié)點(diǎn)。

飛跨電容選擇

增加飛跨電容（CX）值可降低有效源阻抗，提高電荷泵的輸出電流能力，但由于內(nèi)部開(kāi)關(guān)電阻和二極管阻抗的限制，電容值無(wú)限增大對(duì)輸出電流能力的影響較小。在大多數(shù)低電流應(yīng)用中，0.1μF陶瓷電容效果良好，且飛跨電容的電壓額定值必須超過(guò) (VCX >n × VINPUT) ，其中n為飛跨電容所在級(jí)數(shù)，VINPUT為電荷泵調(diào)節(jié)器的電源電壓。

電荷泵輸入電容選擇

使用值等于或大于飛跨電容的輸入電容，并將其盡可能靠近IC放置，直接連接至PGND。

電荷泵輸出電容選擇

增加輸出電容或降低ESR可減少輸出紋波電壓和峰峰值瞬態(tài)電壓。使用陶瓷電容時(shí)，輸出電壓紋波主要由電容值決定，可通過(guò)公式 (C_{OUTCP } geq frac{I{LOADCP }}{2 f{OSC } V_{RIPPLE_CP }}) 近似計(jì)算所需電容值。

電荷泵整流二極管選擇

使用額定電流等于或大于兩倍電荷泵平均輸入電流的低成本硅開(kāi)關(guān)二極管，若能避免額外的電荷泵級(jí)數(shù)，部分或全部二極管可替換為具有等效額定電流的肖特基二極管。

七、應(yīng)用信息拓展

外部晶體管用于更高電流或功率耗散

當(dāng)線性調(diào)節(jié)器的輸入電壓較高或負(fù)載電流較大時(shí)，調(diào)節(jié)器的功率耗散可能超過(guò)封裝的處理能力。此時(shí)，可通過(guò)將外部pnp晶體管與內(nèi)部pnp晶體管以達(dá)林頓配置連接來(lái)解決。但需注意，使用外部傳輸晶體管時(shí)，電流限制電路將不起作用，因?yàn)榫€性調(diào)節(jié)器僅檢測(cè)內(nèi)部傳輸晶體管的電流。

使用MAX1512 VCOM校準(zhǔn)器調(diào)整緩沖器輸出

運(yùn)算放大器通常用作TFT LCD面板中的VCOM緩沖器，其輸出電壓可使用MAX1512（一種EEPROM可編程VCOM校準(zhǔn)器）進(jìn)行調(diào)整，具體電路可參考MAX1512數(shù)據(jù)手冊(cè)。

八、PCB布局指南

合理的PCB布局對(duì)于器件的正常工作至關(guān)重要，以下是一些布局要點(diǎn)：

1. 接地設(shè)計(jì)：創(chuàng)建功率接地島和模擬接地島，將功率接地島中的線性調(diào)節(jié)器輸入和輸出電容接地連接、GND引腳以及電荷泵調(diào)節(jié)器的電容接地連接在一起，使用短而寬的走線或小接地平面；將模擬接地島中的所有反饋分壓器接地連接、運(yùn)算放大器分壓器接地連接、REF電容接地連接、MODE電容接地連接、DLP電容接地連接以及器件的暴露背面焊盤連接在一起。通過(guò)將GND引腳直接連接到暴露背面焊盤來(lái)連接兩個(gè)接地島，避免在兩個(gè)接地島之間進(jìn)行其他連接。
2. 反饋電阻布局：將所有反饋分壓器電阻盡可能靠近各自的反饋引腳放置，保持分壓器中心走線短，避免反饋?zhàn)呔€靠近電荷泵的開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)。
3. 旁路電容布局：將IN、INL、SUPB、SUPCP和REF引腳的旁路電容靠近IC放置，IN旁路電容的接地連接應(yīng)通過(guò)寬走線直接連接到GND引腳。
4. 輸出電容與負(fù)載連接：盡量減小輸出電容和負(fù)載之間走線的長(zhǎng)度并增加其寬度，以獲得最佳的瞬態(tài)響應(yīng)。
5. 開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)處理：最小化開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)（DRVP和DRVN）的尺寸，使開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)離反饋節(jié)點(diǎn)（FBL、FBP和FBN）和模擬接地，必要時(shí)使用直流走線作為屏蔽。

總之，MAX8710/MAX8711/MAX8712/MAX8761系列產(chǎn)品為TFT LCD面板提供了全面、高效且可靠的電源解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體應(yīng)用需求，合理選擇和設(shè)計(jì)各個(gè)參數(shù)，并注意PCB布局等細(xì)節(jié)，以充分發(fā)揮這些產(chǎn)品的性能優(yōu)勢(shì)。大家在使用過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題，或者有什么獨(dú)特的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。