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(diǎn)，已被廣泛應用于移動(dòng)電話(huà)、PDA、數碼相機等于持終端產(chǎn)品中。TFT-LCD的柵極驅動(dòng)通常需要正、負電流供電，因此在采用TFT-LCD的便攜式產(chǎn)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(kāi)發(fā)的。它內部包括：主電源DC-DC轉換器和兩個(gè)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?xún)?。雙電荷泵電路用于提供獨立的正、負電壓輸出，并為T(mén)FT柵極驅動(dòng)器供電，通過(guò)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(shuō)明。

表1 MAX1748的引腳說(shuō)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(guò)調節脈沖寬度來(lái)控制每個(gè)轉換周期的能量傳遞，以產(chǎn)生穩定的輸出電壓。在PWM工作模式下，內部時(shí)鐘在上升沿觸發(fā)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(mén)限時(shí)，觸發(fā)器復位，使得在下一時(shí)鐘周期之前MOSFET處于斷開(kāi)狀態(tài)。改變輸出電壓的誤差信號將改變開(kāi)關(guān)電流的門(mén)限值，從而調節M(mǎn)OSFET的導通與關(guān)斷時(shí)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(chǎn)生與輸入電壓（SUPN）反相的電壓，另一種電荷泵用來(lái)產(chǎn)生輸入電壓（SUPP）的倍壓輸出，內部N溝道、P溝疲乏MOSFET開(kāi)關(guān)的工作頻率為500kH。電荷泵電路工作時(shí)，主電源轉換效率與負載電流的關(guān)系曲線(xiàn)如圖3所示。

2.3 MAX1748的上電順序

當MAX1748上電或脫離關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，控制電路將順序開(kāi)啟內部電路，其上電順序為：（1）基準電源上電；（2）具有軟啟動(dòng)電路的主電源DC-DC升壓轉換電路開(kāi)啟；（3）當主電流達到穩定的輸出電壓時(shí)，負電荷泵電路啟動(dòng)；（4）當負電荷泵輸出電壓達到穩壓值的88%時(shí)，正電荷泵開(kāi)啟；（5）當正電荷泵輸出電壓達到穩壓值的90%時(shí)，MOSFET導通，把RDY位至低電平。RDY為漏極開(kāi)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(jìn)行監測。（基準源輸出故障門(mén)限值為1.05V，主電流故障檢測門(mén)限為正常輸出電壓的88%，負電葆泵故障檢測門(mén)限為正常輸出電壓的90%，正電荷泵故障檢測門(mén)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?yōu)楦咦钁B(tài)。依照上電順序，MAX1748將關(guān)閉后續電路。例如，當負荷泵輸出電壓跌落到故障檢測門(mén)限值以下時(shí)，主電流將保持有效輸出，而正電荷泵電路將被關(guān)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(guò)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(huì )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(kāi)關(guān)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(shí)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(shí)，電感的峰值電流有時(shí)會(huì )達到2A。MAX1748的快速限流電路能夠在電感出現軟飽和時(shí)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(lián)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(tài)峰值電流較大時(shí)，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(shí)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(gè)“恒功率”負載，輸入電流增大時(shí)，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(xiàn)性穩壓器相似，當輸出電流較小時(shí)，轉換效率主要取決于靜態(tài)電流；當輸出電流較大時(shí)，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(huì )降低輸出電流的驅動(dòng)能力，當飛電容增大到一定程序時(shí)，輸出電流的驅動(dòng)能力將主要受限于內部電荷泵開(kāi)關(guān)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(tài)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(tài)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(chǎn)生高壓輸出

當要求主電源的輸出電壓高于13V時(shí)，可通過(guò)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(xiàn)LX。實(shí)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）。