TET-LCD供電電路

1 MAX1748的引腳與功能

有源矩陣薄膜晶體管（TFT）液晶顯示器（LCD）具有輕薄、省電、抗干擾能力強、有效顯示面積大等特點，已被廣泛應用于移動電話、PDA、數碼相機等于持終端產品中。TFT-LCD的柵極驅動通常需要正、負電流供電，因此在采用TFT-LCD的便攜式產品中一般需要三組供電電源，MAX1748就是針對這一應用而研制開發的。它內部包括：主電源DC-DC轉換器和兩個電荷泵。主電流輸入電壓范圍為2.7～5.5V，輸出電壓可達13V，穩定度在±1%以內。雙電荷泵電路用于提供獨立的正、負電壓輸出，并為TFT柵極驅動器供電，通過外接二極放寬和電容器，輸出電壓可達+40V/-40V。MAX1748采用20腳TSSOP（高度僅為1.1mm）封裝，引腳排列如圖1所示。表1為各引腳的功能說明。

表1 MAX1748的引腳說明

2 MAX1748的內部結構

2.1 主電源升壓電路

MAX1748主電源升壓轉換器的工作頻率為1MHz，其外部允許選用小尺寸的電感和電容，通過調節脈沖寬度來控制每個轉換周期的能量傳遞，以產生穩定的輸出電壓。在PWM工作模式下，內部時鐘在上升沿觸發接通N溝道NOSFET（如圖2），當電壓誤差之和、斜率補償、電流反饋信號超出比較器電壓誤差之和、斜率補償、電流反饋信號超出比較器預置門限時，觸發器復位，使得在下一時鐘周期之前MOSFET處于斷開狀態。改變輸出電壓的誤差信號將改變開關電流的門限值，從而調節MOSFET的導通與關斷時間。

2.2 雙電荷泵電路

MAX1748內部包括兩路獨立的低功耗電荷泵，一路電荷泵用于產生與輸入電壓（SUPN）反相的電壓，另一種電荷泵用來產生輸入電壓（SUPP）的倍壓輸出，內部N溝道、P溝疲乏MOSFET開關的工作頻率為500kH。電荷泵電路工作時，主電源轉換效率與負載電流的關系曲線如圖3所示。

2.3 MAX1748的上電順序

當MAX1748上電或脫離關斷狀態時，控制電路將順序開啟內部電路，其上電順序為：（1）基準電源上電；（2）具有軟啟動電路的主電源DC-DC升壓轉換電路開啟；（3）當主電流達到穩定的輸出電壓時，負電荷泵電路啟動；（4）當負電荷泵輸出電壓達到穩壓值的88%時，正電荷泵開啟；（5）當正電荷泵輸出電壓達到穩壓值的90%時，MOSFET導通，把RDY位至低電平。RDY為漏極開路輸出，需在RDY與腳之間接100kΩ的上拉電阻。在RDY引腳降為低電平后，故障檢測電路將對基準電源、各種輸出電壓進行監測。（基準源輸出故障門限值為1.05V，主電流故障檢測門限為正常輸出電壓的88%，負電葆泵故障檢測門限為正常輸出電壓的90%，正電荷泵故障檢測門限為正常輸出電壓的88%），一旦輸出電壓出現故障，RDY輸出將變為高阻態。依照上電順序，MAX1748將關閉后續電路。例如，當負荷泵輸出電壓跌落到故障檢測門限值以下時，主電流將保持有效輸出，而正電荷泵電路將被關閉直到負電荷泵輸出電壓達到正常。

3 電源設計

圖4為MAX1748的典型應用電路，下面介紹主電源和電荷泵電路的設計過程。

3.1 主電源的設計

a.設置輸出電壓

改變主電源輸出（VMAIN）與FB引腳間的電阻R1或FB引腳與GND之間 電阻R2可以調節輸出電壓，一般R2設置在10kΩ至20kΩ范圍內，R1的阻值可依照下式選擇：

R1=R2[(VMAIN/VREF)-1]

式中，VREF=1.25V，主電源輸出電壓VMAIN范圍為VIN～13V。選擇較大的分壓電阻有利于改善DC-DC的轉換效率，但輸入偏置電流牟反饋會使輸出電壓的誤差增大。

b.選擇電感

電感的選擇取決于輸入電壓、輸出電壓、最大電流、開關頻率、轉換效率、電壓紋波、尺寸以及所允許的電感值，電感參數主要包括：電感值（L）、峰值電流（IPEAK）和等效電阻（RL），可參考下式確定電感的峰值電流：

IPEAK=[IMAIN(MAX)V(MAIN)/(EfficiencyVIN(MIN)) ×[1+(LIR/2)]

式中：LIR=電感電流峰峰值/電感最大平均電流，在對電感尺寸、損耗、輸出紋波等參數加以權衡后，一般LIR應設置在0.3至0.5之間。電感值為：

L=V2IN（MIN）Efficiency(VMIN-VIN(MIN))/(V2(MAIN)LIRIMAIN(MAX)fosc)

圖4電路中，主電源輸出電壓為10V、最大負載電流為200mA，時鐘頻率為1MHz、效率為85%，因此應選用6.8μH的電感，推薦使用帶用鐵氧體磁芯的電感，電感的最大額定工作電流應該大于峰電流IPEAK，當電路出現故障時，電感的峰值電流有時會達到2A。MAX1748的快速限流電路能夠在電感出現軟飽和時為IC提供保護。電感的直流等效電阻對轉換效率的影響較大，應選用等效電阻低于內置N溝道MOSFET導通電阻的電感，為減小噪聲輻射，應選用屏蔽電感。

c.選擇電容

輸出電容對輸出電壓的紋波及轉換北京有直接影響，輸出紋波等于電感峰值電流與輸出電容等效串聯電阻（ESR）的乘積，選用低導通電阻的陶瓷電容有利于改善系統特性，當負載瞬態峰值電流較大時，可選用表面貼裝的鉭電容。輸入電容CIN能夠降低從輸入電源吸取的峰值電流和抑制噪聲。電容值由輸入電源的內阻確定，內阻較大時電容值應較大，是由于升壓型DC-DC轉換相當于輸入電源的一個“恒功率”負載，輸入電流增大時，輸入電壓跌落。一般選擇CIN=COUT。

3.2 電荷泵電路設計

a.效率

MAX1748內部穩壓型電荷泵的轉換效率特性與線性穩壓器相似，當輸出電流較小時，轉換效率主要取決于靜態電流；當輸出電流較大時，轉換北京主要取決于輸入電壓。因此，電葆 泵電路所能提供的最大效率可由下式確定：

EN=VNEG/(VINN) (負電荷泵)

Ep=Vpos/[VIN(N+1)] （正電荷泵）

式中，N為電荷泵的級數。

b.設置輸出電壓

在FBP引腳與VPOS、GND之間接電阻分壓器（R3、R4）可調節正電荷泵的輸出電壓；在FBN引腳與VNEG、REF之間接電阻分壓器（R5、R6）可調節負電荷泵的輸出電壓。通常R4、R6在50kΩ至100kΩ之間選擇，根據需要的輸出電壓值，可由下式可確定R3、R5的值：

R3=R4[(Vpos/VREF)-1]

R5=R6(VNEG/VREF)

式中，VREF=1.25V，Vpos的調節范圍為VSUPP～40V；VNEG的調節范圍為0～-40V。

c.選擇電容

飛電容一般取0.1μF，增大飛電容的電容值會降低輸出電流的驅動能力，當飛電容增大到一定程序時，輸出電流的驅動能力將主要受限于內部電荷泵開關的導通電阻和外部二極管的導通限抗。電葆泵的輸出電容對輸出電壓的紋波和瞬態電壓的峰值影響較大，增大輸出電容、降低電容的ESR可減小輸出紋波，并降低瞬態電壓峰值。

電荷泵輸入電容應大于或等于飛電容，并盡量靠近IC安裝。COUT由下式確定：

COUT≥[IOUT/(500kHz×γripple)]

d.選擇二極管

二極管可選用肖特基二極放寬，其額定電流應大于4倍的平均輸出電流，正電荷泵二極管的額定電壓需大于1.45倍的VSUPP；負電荷泵二極管的額定電壓需大于VSUPN。

3.3 利用共柵-共源電路產生高壓輸出

當要求主電源的輸出電壓高于13V時，可通過外接N溝道MOSFET與內部電路構成共柵-共源結構以獲得高壓輸出，外接MOSFET應靠近LX引腳安裝，柵極接輸入電壓、源極線LX。實際電路如圖5所示，外部MOSFET的導通電阻（RDS（ON））要低于內部N溝道MOSFET的導通電阻，較低的導通電阻有利于改善轉換效率。外部MOSFET的額定電壓應高于主電源輸出電壓（VMAIN）。