探索MAX1747：用于TFT LCD的高效三電荷泵DC - DC轉(zhuǎn)換器

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，電源管理是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，特別是對于TFT LCD這類對電源要求較高的設(shè)備。今天我們來深入了解一下Maxim公司的MAX1747三電荷泵TFT LCD DC - DC轉(zhuǎn)換器，看看它是如何滿足各種應(yīng)用需求的。

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一、產(chǎn)品概述

MAX1747采用低外形TSSOP封裝，為有源矩陣薄膜晶體管（TFT）液晶顯示器（LCD）提供所需的穩(wěn)壓電壓。它有一個高功率和兩個低功率電荷泵，能將2.7V至4.5V的輸入電源電壓轉(zhuǎn)換為三個獨(dú)立的輸出電壓。

高功率主電荷泵

能產(chǎn)生4.5V至5.5V的輸出電壓（VOUT），調(diào)節(jié)精度在±1%以內(nèi)。低功耗BiCMOS控制電路和低導(dǎo)通電阻（RON）功率MOSFET可實(shí)現(xiàn)高效率。可調(diào)開關(guān)頻率（200kHz至2MHz）能提供快速瞬態(tài)響應(yīng)，并允許使用小型低外形陶瓷電容器。

雙低功率電荷泵

可獨(dú)立調(diào)節(jié)一個正輸出（VPOS）和一個負(fù)輸出（VNEG）。這些額外的輸出使用外部二極管和電容倍增器級來調(diào)節(jié)高達(dá)+35V和 - 35V的輸出電壓。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

MAX1747的應(yīng)用范圍廣泛，常見于TFT有源矩陣LCD、無源矩陣顯示器以及個人數(shù)字助理（PDA）等設(shè)備中。

三、引腳配置

MAX1747采用20引腳的TSSOP封裝，每個引腳都有特定的功能。例如，TGND引腳必須連接到地；OUT引腳是主電荷泵的輸出；CXP和CXN引腳與主電荷泵的飛跨電容相關(guān)等。正確理解引腳功能對于電路設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

四、產(chǎn)品特性

可調(diào)節(jié)輸出

主高功率輸出最高可達(dá)+5.5V，正電荷泵輸出最高可達(dá)+35V，負(fù)電荷泵輸出最低可達(dá) - 35V。

可調(diào)開關(guān)頻率

200kHz至2MHz的可調(diào)開關(guān)頻率，能根據(jù)不同應(yīng)用需求進(jìn)行靈活調(diào)整。

寬輸入電源范圍

輸入電源范圍為+2.7V至+4.5V，適應(yīng)多種電源環(huán)境。

低功耗

關(guān)機(jī)電流僅為0.1μA，有助于延長電池續(xù)航時間。

內(nèi)部軟啟動

可避免啟動時的電流沖擊，保護(hù)電路元件。

電源就緒輸出

通過RDY引腳可指示所有輸出是否就緒。

內(nèi)部電源排序

確保各電荷泵按順序啟動，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

快速瞬態(tài)響應(yīng)

能快速響應(yīng)負(fù)載變化，保持輸出電壓穩(wěn)定。

超薄解決方案

采用超薄TSSOP封裝（最大高度1.1mm），適合對空間要求較高的應(yīng)用。

五、電氣特性

輸入電源相關(guān)

輸入電源范圍為2.7V至4.5V，輸入欠壓閾值約為2.2V至2.6V。輸入靜態(tài)電源電流和輸出靜態(tài)電源電流在不同條件下有相應(yīng)的典型值和最大值。

開關(guān)頻率

工作頻率在ISHDN = 22μA時，范圍為0.65MHz至1.2MHz。

主電荷泵

輸出電壓范圍為4.5V至5.5V，最大輸出電流可達(dá)200mA（CX = 0.47μF時）。FB調(diào)節(jié)電壓約為1.237V至1.263V。

負(fù)低功率電荷泵

SUPN輸入電源范圍為2.7V至13V，靜態(tài)電流和關(guān)機(jī)電流都有明確的指標(biāo)。

正低功率電荷泵

SUPP輸入電源范圍同樣為2.7V至13V，各項(xiàng)電氣參數(shù)也有相應(yīng)規(guī)定。

參考電壓

參考電壓在 - 2μA < IREF < 50μA時，范圍為1.231V至1.269V。

六、典型工作特性

主電荷泵效率

主輸出效率與負(fù)載電流相關(guān)，不同輸入電壓下效率曲線有所不同。一般來說，隨著負(fù)載電流的增加，效率會先上升后下降。

無負(fù)載電源電流與溫度

無負(fù)載電源電流隨溫度變化而變化，在不同溫度下有不同的表現(xiàn)。

開關(guān)頻率相關(guān)

開關(guān)頻率與ISHDN電流以及溫度都有關(guān)系，可通過調(diào)節(jié)ISHDN電流來設(shè)置開關(guān)頻率。

低功率電荷泵效率與輸出電壓

負(fù)低功率和正低功率電荷泵的效率與負(fù)載電流有關(guān)，輸出電壓也會隨負(fù)載電流變化而產(chǎn)生一定的波動。

七、詳細(xì)工作原理

主電荷泵工作過程

在第一個半周期，MAX1747通過將飛跨電容（CX）連接在電源電壓（VSUPM）和地之間對其充電，此初始充電由可變N溝道導(dǎo)通電阻控制。在第二個半周期，MAX1747通過將CX上的電壓疊加在電源電壓上來進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，將兩個電壓之和傳輸?shù)捷敵鲭娙荩–OUT）。

雙電荷泵調(diào)節(jié)器

負(fù)電荷泵在第一個半周期，P溝道MOSFET導(dǎo)通，飛跨電容C5充電；第二個半周期，P溝道MOSFET關(guān)斷，N溝道MOSFET導(dǎo)通，進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換并將電荷傳輸?shù)捷敵?。正電荷泵在第一個半周期，N溝道MOSFET導(dǎo)通對飛跨電容C3充電；第二個半周期，N溝道MOSFET關(guān)斷，P溝道MOSFET導(dǎo)通，進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換并傳輸電荷。

八、頻率選擇與關(guān)機(jī)

SHDN引腳具有雙重功能，既可以關(guān)閉設(shè)備，又可以確定振蕩器頻率。當(dāng)SHDN引腳被拉低時，設(shè)備進(jìn)入關(guān)機(jī)模式，電源電流降至20μA（最大）。通過外部電阻向SHDN引腳注入電流可激活設(shè)備，并設(shè)置振蕩器的開關(guān)頻率，計(jì)算公式為：RFREQ (kΩ) = 45.5 (MHz / mA) × (VON - 0.7V) / fOSC (MHz)。

九、軟啟動與電源上電排序

軟啟動

主輸出電壓在4096個時鐘周期內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定，負(fù)和正低功率電荷泵在2048個時鐘周期內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定，通過控制輸出電壓的上升速率來實(shí)現(xiàn)軟啟動。

電源上電排序

上電或退出關(guān)機(jī)狀態(tài)時，先為參考電源上電，然后主電荷泵軟啟動上電。當(dāng)主電荷泵達(dá)到標(biāo)稱值的90%時，負(fù)電荷泵開啟；負(fù)輸出電壓達(dá)到約90%標(biāo)稱值時，正電荷泵啟動；正輸出電壓達(dá)到90%標(biāo)稱值時，RDY信號變低，表示電源就緒。

十、故障檢測與電源就緒指示

故障檢測

當(dāng)RDY信號變低后，如果任何輸出低于其故障檢測閾值，RDY將變?yōu)楦咦杩?。不同輸出的故障閾值不同，如參考的故障閾值?.05V，主電荷泵為標(biāo)稱值的88%等。

電源就緒

電源就緒信號是一個開漏輸出，當(dāng)電源上電序列正確完成時，MOSFET導(dǎo)通，RDY被拉低；檢測到故障時，內(nèi)部開漏MOSFET呈現(xiàn)高阻抗。

十一、設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

效率考慮

不同電荷泵的效率計(jì)算公式不同，主電荷泵效率約為VOUT / (2 × VSUPM)，負(fù)低功率電荷泵效率約為 - VNEG / (VSUPN × N)，正低功率電荷泵效率約為VPOS / [VSUPP × (N + 1)]，其中N為電荷泵級數(shù)。

輸出電壓選擇

通過連接電壓分壓器來調(diào)節(jié)輸出電壓，可根據(jù)公式計(jì)算所需電阻值。

電容選擇

飛跨電容、輸出電容、輸入電容和積分電容的選擇都有相應(yīng)的要求和計(jì)算公式，需根據(jù)具體應(yīng)用進(jìn)行合理選擇。

整流二極管

使用肖特基二極管，電流額定值應(yīng)大于平均輸出電流的4倍，電壓額定值對于正電荷泵為1.5倍的VSUPP，對于負(fù)電荷泵為1.5倍的VSUPN。

PCB布局與接地

精心設(shè)計(jì)PCB布局對于減少接地反彈和噪聲至關(guān)重要。要將主電荷泵飛跨電容靠近CXP和CXN引腳，在電荷泵輸入引腳附近放置旁路電容，保持電荷泵電路靠近IC，反饋電阻分壓器靠近反饋引腳，同時要注意模擬地和功率地的連接方式。

綜上所述，MAX1747是一款功能強(qiáng)大、特性豐富的TFT LCD DC - DC轉(zhuǎn)換器，在設(shè)計(jì)相關(guān)電路時，需要充分考慮其各項(xiàng)特性和設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)，以實(shí)現(xiàn)最佳的性能和穩(wěn)定性。大家在實(shí)際應(yīng)用中遇到過哪些與電荷泵相關(guān)的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。