MAX20069B：汽車TFT-LCD應(yīng)用的理想電源解決方案

在汽車電子領(lǐng)域，TFT-LCD顯示屏的應(yīng)用越來越廣泛，從儀表盤到中央信息顯示屏，再到抬頭顯示和導(dǎo)航系統(tǒng)，都離不開高質(zhì)量的顯示技術(shù)。而要實(shí)現(xiàn)這些顯示屏的穩(wěn)定、高效運(yùn)行，一款優(yōu)秀的電源和背光驅(qū)動(dòng)芯片至關(guān)重要。今天，我們就來詳細(xì)介紹一下Analog Devices的MAX20069B，一款專門為汽車TFT-LCD應(yīng)用設(shè)計(jì)的高度集成芯片。

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一、芯片概述

MAX20069B是一款高度集成的TFT電源和LED背光驅(qū)動(dòng)IC，它集成了一個(gè)升降壓轉(zhuǎn)換器、一個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器、兩個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)電源以及一個(gè)升壓/SEPIC轉(zhuǎn)換器，能夠?yàn)轱@示屏背光中的一到四個(gè)LED串供電。該芯片具有4路TFT-LCD偏置電源輸出和4通道LED背光驅(qū)動(dòng)功能，適用于各種汽車顯示應(yīng)用。

二、關(guān)鍵特性與優(yōu)勢

（一）4輸出TFT-LCD偏置電源

• 寬輸入電壓范圍：TFT-LCD部分的輸入電壓范圍為2.8V至5.5V，能夠適應(yīng)多種電源環(huán)境。
• 集成式轉(zhuǎn)換器：集成了440kHz或2.2MHz的升壓和升降壓轉(zhuǎn)換器，可根據(jù)需求靈活選擇開關(guān)頻率。
• 正負(fù)柵極電壓調(diào)節(jié)器：提供正負(fù)3mA的柵極電壓，輸出電壓可調(diào)，滿足不同的驅(qū)動(dòng)需求。
• 靈活的啟動(dòng)順序：通過SEQ引腳或I2C接口可實(shí)現(xiàn)靈活的電阻可編程啟動(dòng)順序，方便系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
• 欠壓檢測：對所有輸出進(jìn)行欠壓檢測，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
• 低靜態(tài)電流待機(jī)模式：在待機(jī)狀態(tài)下，芯片消耗的電流極低，有助于降低系統(tǒng)功耗。

（二）4通道LED背光驅(qū)動(dòng)

• 高電流輸出：每通道最大可提供150mA的電流，能夠驅(qū)動(dòng)高亮度的LED。
• 寬輸入電壓范圍：輸入電壓范圍為4.5V至42V，適應(yīng)不同的電源配置。
• 集成式控制器：集成了440kHz或2.2MHz的升壓/SEPIC控制器，實(shí)現(xiàn)高效的電源轉(zhuǎn)換。
• 高調(diào)光比：在200Hz的調(diào)光頻率下，調(diào)光比可達(dá)10,000:1，可實(shí)現(xiàn)精細(xì)的亮度調(diào)節(jié)。
• 自適應(yīng)電壓優(yōu)化：根據(jù)LED串的正向電壓自動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)換器輸出電壓，降低LED電流沉的功耗。
• 故障診斷：具備開路、短路和接地短路診斷功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理故障。
• 低EMI：采用相移調(diào)光和擴(kuò)頻技術(shù)，降低輸入和輸出紋波以及可聽噪聲。
• 可選擇開關(guān)頻率：通過I2C接口可對開關(guān)頻率進(jìn)行微調(diào)，滿足不同的電磁兼容性要求。
• I2C接口：用于控制和診斷，方便與微控制器進(jìn)行通信。
• 故障指示：通過FLTB引腳和I2C接口提供故障指示，便于系統(tǒng)監(jiān)控。
• 過載和熱保護(hù)：具備過載和熱保護(hù)功能，確保芯片在異常情況下的安全運(yùn)行。

三、工作原理與詳細(xì)功能

（一）電源部分

1. 源驅(qū)動(dòng)電源

源驅(qū)動(dòng)電源由一個(gè)同步升壓轉(zhuǎn)換器和一個(gè)反相升降壓轉(zhuǎn)換器組成，可分別產(chǎn)生高達(dá)+15V和低至 -7V的電壓。正源驅(qū)動(dòng)可提供高達(dá)120mA的電流，負(fù)源驅(qū)動(dòng)可提供100mA的電流。正源驅(qū)動(dòng)電源的調(diào)節(jié)電壓（VPOS）可通過FBP引腳的外部電阻分壓器或I2C接口設(shè)置，負(fù)源驅(qū)動(dòng)電源電壓（VNEG）始終緊密調(diào)節(jié)為 -VPOS（最低 -7V）。

2. 柵極驅(qū)動(dòng)電源

正柵極驅(qū)動(dòng)電源（DGVDD）可產(chǎn)生最高 +28V的電壓，負(fù)柵極驅(qū)動(dòng)電源（DGVEE）可產(chǎn)生最低 -21.5V的電壓，兩者均可提供高達(dá)3mA的輸出電流。DGVDD和DGVEE的調(diào)節(jié)電壓可通過外部電阻網(wǎng)絡(luò)或I2C接口獨(dú)立設(shè)置。

3. 故障保護(hù)

芯片具有強(qiáng)大的故障和過載保護(hù)功能。在獨(dú)立模式下，如果DGVEE、NEG、POS或DGVDD輸出電壓降至預(yù)期調(diào)節(jié)電壓的80%（典型值）以下超過50ms（典型值），或者任何輸出出現(xiàn)短路情況，所有輸出將鎖定關(guān)閉，并設(shè)置故障狀態(tài)。在I2C模式下，僅故障輸出會自動(dòng)禁用。

（二）LED驅(qū)動(dòng)部分

1. 基本功能

芯片集成了一個(gè)高效的高亮度LED驅(qū)動(dòng)，采用峰值電流模式控制的DC-DC控制器實(shí)現(xiàn)升壓或SEPIC型開關(guān)模式電源，以及一個(gè)4通道LED驅(qū)動(dòng)器，每通道具有20mA至150mA的恒流沉能力。通過一個(gè)連接到ISET輸入的電阻可調(diào)節(jié)所有四個(gè)LED串的正向電流，即使在獨(dú)立模式下，也可使用I2C接口對LED電流進(jìn)行微調(diào)。

2. 自適應(yīng)電壓控制

芯片具備自適應(yīng)電壓控制功能，可根據(jù)LED串的正向電壓自動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)換器輸出電壓，從而降低恒流沉驅(qū)動(dòng)器上的電壓降，減少芯片的功耗。

3. PWM調(diào)光

DIM輸入接受脈沖寬度調(diào)制（PWM）信號，用于控制LED的發(fā)光強(qiáng)度和調(diào)制LED電流的脈沖寬度。芯片可實(shí)現(xiàn)非常寬的（10,000:1）PWM調(diào)光范圍，調(diào)光頻率為200Hz（調(diào)光脈沖窄至500ns）。

4. 相移調(diào)光

芯片支持LED串的相移調(diào)光功能，可通過I2C接口的psen位禁用。相移調(diào)光可減少輸入和輸出紋波以及可聽噪聲，但在DIM輸入頻率較高時(shí)，相移分辨率會降低，因此建議調(diào)光頻率在100Hz至3kHz之間。

5. 故障檢測

芯片具備多種故障檢測功能，包括開路LED串、部分或完全短路的串以及未使用的串的檢測。過壓保護(hù)可在開路LED情況下將轉(zhuǎn)換器輸出電壓鉗位到編程的OVP閾值。

四、引腳配置與說明

MAX20069B采用40引腳（6mm x 6mm）TQFN封裝，各引腳具有不同的功能。例如，F(xiàn)BPG和FBP引腳分別用于DGVDD和HVINP的反饋輸入，可通過外部電阻分壓器設(shè)置相應(yīng)的輸出電壓；IN引腳為電源輸入，需連接一個(gè)1μF的陶瓷電容到地；ISET引腳用于調(diào)整LED的正向電流，通過連接一個(gè)外部電阻到地來實(shí)現(xiàn)；FLTB引腳為低電平有效開漏故障指示輸出，需連接一個(gè)外部上拉電阻到低于5V的外部電源。

五、應(yīng)用電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）TFT電源部分

1. 升壓轉(zhuǎn)換器

• 電感選擇：需考慮電感值、飽和電流和直流電阻等參數(shù)，根據(jù)輸入電壓、輸出電壓、輸出電流和開關(guān)頻率等因素計(jì)算電感值，一般選擇30%至60%的峰 - 峰紋波電流與平均電流比（LIR）。
• 輸出濾波電容選擇：主要考慮低等效串聯(lián)電阻（ESR），輸出濾波電容值應(yīng)不小于10μF，HVINP節(jié)點(diǎn)的電容應(yīng)至少是POS節(jié)點(diǎn)電容的3倍。
• POS電壓設(shè)置：在獨(dú)立模式下，通過FBP引腳的電阻分壓器設(shè)置POS電壓；在I2C模式下，通過寫入vpos_set（0x03）寄存器設(shè)置。

2. 反相調(diào)節(jié)器

• 電感選擇：根據(jù)輸出電壓、輸出電流、LIR和開關(guān)頻率等因素計(jì)算電感值，電感的飽和電流額定值應(yīng)超過最大電流限制。
• 外部二極管選擇：選擇峰值電流額定值至少為所選LXN電流限制的二極管，二極管的擊穿電壓額定值應(yīng)超過最大INN電壓和NEG電壓絕對值之和。
• 輸出電容選擇：主要考慮低ESR和電容值，輸出電容值應(yīng)不小于10μF。

3. DGVDD和DGVEE電壓設(shè)置

在獨(dú)立模式下，通過電阻分壓器設(shè)置DGVDD和DGVEE的輸出電壓；在I2C模式下，分別通過寫入dgvdd_set（0x04）和dgvee_set（0x05）寄存器設(shè)置。

（二）LED驅(qū)動(dòng)部分

1. DC - DC轉(zhuǎn)換器拓?fù)溥x擇

根據(jù)LED串的正向電壓與輸入電源電壓范圍的關(guān)系選擇升壓或SEPIC拓?fù)?，升壓拓?fù)湫矢摺?/p>

2. 功率電路設(shè)計(jì)

計(jì)算最大占空比，根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇合適的電感、電容和電阻等元件，確保電路的穩(wěn)定性和效率。

3. 電流感測電阻和斜率補(bǔ)償

根據(jù)電路參數(shù)計(jì)算斜率補(bǔ)償電阻的值，為CS輸入電壓添加可編程斜坡電壓，實(shí)現(xiàn)斜率補(bǔ)償。

4. 輸出電容選擇

選擇低ESR的陶瓷電容，限制輸出電壓紋波在200mV以內(nèi)，以獲得穩(wěn)定的輸出電流。

5. 外部開關(guān)MOSFET選擇

選擇電壓額定值足夠高、連續(xù)漏極電流額定值大于計(jì)算值的MOSFET，并考慮其開關(guān)損耗和傳導(dǎo)損耗。

6. 整流二極管選擇

選擇正向壓降小、反向恢復(fù)時(shí)間短的肖特基二極管，其電壓額定值應(yīng)比最大升壓轉(zhuǎn)換器輸出電壓高20%，電流額定值應(yīng)大于計(jì)算值。

7. 反饋補(bǔ)償

根據(jù)電路的小信號傳遞函數(shù)計(jì)算補(bǔ)償元件的值，確保反饋控制回路的穩(wěn)定性。

六、總結(jié)

MAX20069B是一款功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越的汽車TFT-LCD電源和背光驅(qū)動(dòng)芯片，它集成了多種功能，具有寬輸入電壓范圍、高調(diào)光比、低EMI、故障診斷和保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足汽車顯示應(yīng)用的各種需求。在設(shè)計(jì)應(yīng)用電路時(shí)，需要根據(jù)芯片的特性和要求，合理選擇和配置各個(gè)元件，確保電路的穩(wěn)定性和可靠性。希望通過本文的介紹，能幫助電子工程師更好地了解和應(yīng)用MAX20069B芯片，設(shè)計(jì)出更優(yōu)秀的汽車顯示系統(tǒng)。你在使用這款芯片的過程中遇到過哪些問題呢？或者你對它的哪些特性最感興趣？歡迎在評論區(qū)留言討論。