TET-LCD供电电路

2006-05-07 15:50:15来源: 国外电子元器件

1 MAX1748的引脚与功能

    有源矩阵薄膜晶体管(TFT)液晶显示器(LCD)具有轻薄、省电、抗干扰能力强、有效显示面积大等特点,已被广泛应用于移动电话、PDA、数码相机等于持终端产品中。TFT-LCD的栅极驱动通常需要正、负电流供电,因此在采用TFT-LCD的便携式产品中一般需要三组供电电源,MAX1748就是针对这一应用而研制开发的。它内部包括:主电源DC-DC转换器和两个电荷泵。主电流输入电压范围为2.7~5.5V,输出电压可达13V,稳定度在±1%以内。双电荷泵电路用于提供独立的正、负电压输出,并为TFT栅极驱动器供电,通过外接二极放宽和电容器,输出电压可达+40V/-40V。MAX1748采用20脚TSSOP(高度仅为1.1mm)封装,引脚排列如图1所示。表1为各引脚的功能说明。

表1 MAX1748的引脚说明

引  脚 名  称 功        能
1 RDY 低电平有效,漏极开路输出,用于指示各路输出电压是否正常
2 FB 主电源反馈输入端
3 INTG 主电源积分器输出
4 IN 电源输入,输入范围:+2.7V~+5.5V,外接0.1μF旁路电容
5 GND 模拟地
6 REF 内置基准,外接0.22μF旁路电容,可提供50μA负载电流
7 FBP 正电荷泵稳压反馈输入端
8 FBN 负电荷泵稳压反馈输入端
9 SHDN 低电平有效,关断输入引脚
10 DRVN 负电荷泵驱动器输出
11 SUPN 负电荷泵驱动器电源,外接0.1μF旁路电容
12 DRPN 正电荷泵驱动器输出
13 SUPP 正电荷泵驱动器电源,外接0.1μF旁路电容
14 PGND 功率地
15 LX 主电源N沟道功率MOSFET的漏极
16 TGND 接地端

2 MAX1748的内部结构

2.1 主电源升压电路

    MAX1748主电源升压转换器的工作频率为1MHz,其外部允许选用小尺寸的电感和电容,通过调节脉冲宽度来控制每个转换周期的能量传递,以产生稳定的输出电压。在PWM工作模式下,内部时钟在上升沿触发接通N沟道NOSFET(如图2),当电压误差之和、斜率补偿、电流反馈信号超出比较器电压误差之和、斜率补偿、电流反馈信号超出比较器预置门限时,触发器复位,使得在下一时钟周期之前MOSFET处于断开状态。改变输出电压的误差信号将改变开关电流的门限值,从而调节MOSFET的导通与关断时间。

2.2 双电荷泵电路

    MAX1748内部包括两路独立的低功耗电荷泵,一路电荷泵用于产生与输入电压(SUPN)反相的电压,另一种电荷泵用来产生输入电压(SUPP)的倍压输出,内部N沟道、P沟疲乏MOSFET开关的工作频率为500kH。电荷泵电路工作时,主电源转换效率与负载电流的关系曲线如图3所示。

2.3 MAX1748的上电顺序

    当MAX1748上电或脱离关断状态时,控制电路将顺序开启内部电路,其上电顺序为:(1)基准电源上电;(2)具有软启动电路的主电源DC-DC升压转换电路开启;(3)当主电流达到稳定的输出电压时,负电荷泵电路启动;(4)当负电荷泵输出电压达到稳压值的88%时,正电荷泵开启;(5)当正电荷泵输出电压达到稳压值的90%时,MOSFET导通,把RDY位至低电平。RDY为漏极开路输出,需在RDY与脚之间接100kΩ的上拉电阻。在RDY引脚降为低电平后,故障检测电路将对基准电源、各种输出电压进行监测。(基准源输出故障门限值为1.05V,主电流故障检测门限为正常输出电压的88%,负电葆泵故障检测门限为正常输出电压的90%,正电荷泵故障检测门限为正常输出电压的88%),一旦输出电压出现故障,RDY输出将变为高阻态。依照上电顺序,MAX1748将关闭后续电路。例如,当负荷泵输出电压跌落到故障检测门限值以下时,主电流将保持有效输出,而正电荷泵电路将被关闭直到负电荷泵输出电压达到正常。

3 电源设计

    图4为MAX1748的典型应用电路,下面介绍主电源和电荷泵电路的设计过程。

3.1 主电源的设计

    a.设置输出电压

    改变主电源输出(VMAIN)与FB引脚间的电阻R1或FB引脚与GND之间 电阻R2可以调节输出电压,一般R2设置在10kΩ至20kΩ范围内,R1的阻值可依照下式选择:

    R1=R2[(VMAIN/VREF)-1]

    式中,VREF=1.25V,主电源输出电压VMAIN范围为VIN~13V。选择较大的分压电阻有利于改善DC-DC的转换效率,但输入偏置电流牟反馈会使输出电压的误差增大。

    b.选择电感

    电感的选择取决于输入电压、输出电压、最大电流、开关频率、转换效率、电压纹波、尺寸以及所允许的电感值,电感参数主要包括:电感值(L)、峰值电流(IPEAK)和等效电阻(RL),可参考下式确定电感的峰值电流:

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

    式中:LIR=电感电流峰峰值/电感最大平均电流,在对电感尺寸、损耗、输出纹波等参数加以权衡后,一般LIR应设置在0.3至0.5之间。电感值为:

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

    图4电路中,主电源输出电压为10V、最大负载电流为200mA,时钟频率为1MHz、效率为85%,因此应选用6.8μH的电感,推荐使用带用铁氧体磁芯的电感,电感的最大额定工作电流应该大于峰电流IPEAK,当电路出现故障时,电感的峰值电流有时会达到2A。MAX1748的快速限流电路能够在电感出现软饱和时为IC提供保护。电感的直流等效电阻对转换效率的影响较大,应选用等效电阻低于内置N沟道MOSFET导通电阻的电感,为减小噪声辐射,应选用屏蔽电感。

    c.选择电容

    输出电容对输出电压的纹波及转换北京有直接影响,输出纹波等于电感峰值电流与输出电容等效串联电阻(ESR)的乘积,选用低导通电阻的陶瓷电容有利于改善系统特性,当负载瞬态峰值电流较大时,可选用表面贴装的钽电容。输入电容CIN能够降低从输入电源吸取的峰值电流和抑制噪声。电容值由输入电源的内阻确定,内阻较大时电容值应较大,是由于升压型DC-DC转换相当于输入电源的一个“恒功率”负载,输入电流增大时,输入电压跌落。一般选择CIN=COUT。

3.2 电荷泵电路设计

    a.效率

    MAX1748内部稳压型电荷泵的转换效率特性与线性稳压器相似,当输出电流较小时,转换效率主要取决于静态电流;当输出电流较大时,转换北京主要取决于输入电压。因此,电葆 泵电路所能提供的最大效率可由下式确定:

    EN=VNEG/(VINN) (负电荷泵)

    Ep=Vpos/[VIN(N+1)] (正电荷泵)

    式中,N为电荷泵的级数。

    b.设置输出电压

    在FBP引脚与VPOS、GND之间接电阻分压器(R3、R4)可调节正电荷泵的输出电压;在FBN引脚与VNEG、REF之间接电阻分压器(R5、R6)可调节负电荷泵的输出电压。通常R4、R6在50kΩ至100kΩ之间选择,根据需要的输出电压值,可由下式可确定R3、R5的值:

    R3=R4[(Vpos/VREF)-1]

    R5=R6(VNEG/VREF)

    式中,VREF=1.25V,Vpos的调节范围为VSUPP~40V;VNEG的调节范围为0~-40V。

    c.选择电容

    飞电容一般取0.1μF,增大飞电容的电容值会降低输出电流的驱动能力,当飞电容增大到一定程序时,输出电流的驱动能力将主要受限于内部电荷泵开关的导通电阻和外部二极管的导通限抗。电葆泵的输出电容对输出电压的纹波和瞬态电压的峰值影响较大,增大输出电容、降低电容的ESR可减小输出纹波,并降低瞬态电压峰值。

    电荷泵输入电容应大于或等于飞电容,并尽量靠近IC安装。COUT由下式确定:

    COUT≥[IOUT/(500kHz×γripple)]

    d.选择二极管

    二极管可选用肖特基二极放宽,其额定电流应大于4倍的平均输出电流,正电荷泵二极管的额定电压需大于1.45倍的VSUPP;负电荷泵二极管的额定电压需大于VSUPN。

3.3 利用共栅-共源电路产生高压输出

    当要求主电源的输出电压高于13V时,可通过外接N沟道MOSFET与内部电路构成共栅-共源结构以获得高压输出,外接MOSFET应靠近LX引脚安装,栅极接输入电压、源极线LX。实际电路如图5所示,外部MOSFET的导通电阻(RDS(ON))要低于内部N沟道MOSFET的导通电阻,较低的导通电阻有利于改善转换效率。外部MOSFET的额定电压应高于主电源输出电压(VMAIN)。

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/ledanddisplay/200605/3390.html
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