有源矩陣液晶顯示器電源芯片MAX1664的特性及應(yīng)用

有源矩陣液晶顯示器電源芯是美國MAXIM公司推出的一種開關(guān)電源,它具有升壓、雙路輸出鎖相等特點(diǎn)。文中介紹了MAX1664的引腳功能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、應(yīng)用電路及其元件的選擇。

??? 關(guān)鍵詞：有源矩陣液晶顯示器 脈沖寬度調(diào)制 鎖相操作 底板驅(qū)動(dòng)器 MAX1664

1 概述

MAX1664將輸出電源和有源矩陣薄膜晶體管（TFT）液晶顯示（LCD）的底板驅(qū)動(dòng)電路集成在一起,其中包括一個(gè)脈沖寬度調(diào)制（PWM）的升壓轉(zhuǎn)換器,一個(gè)具有正負(fù)電壓雙輸出轉(zhuǎn)換器,一個(gè)LCD底板電源驅(qū)動(dòng)器,還有一個(gè)使三個(gè)輸出與底板時(shí)鐘同步的鎖相環(huán)。MAX1664是一種開關(guān)電源,其高頻開關(guān)頻率（通常為1MHz）和鎖相操作允許使用最少和體積最小的外部元件。

MAX1664具有下列的特點(diǎn)：

●MAX1664提供了兩具直流—直流（DC-DC1和DC-DC2）的輸出,其中DC-DC1輸出電壓從VIN到5.5V,DC-DC2為正負(fù)電壓雙路輸出,第一路從VIN到+28V,第二路從0V到-10V（外加元件可達(dá)-20V）;MAX1664還提供一個(gè)LCD底板驅(qū)動(dòng)器;

●工作電壓寬,從+2.8V到5.5V;

●負(fù)載電流可達(dá)500mA;

●DC-DC轉(zhuǎn)換器的相位被底板驅(qū)動(dòng)器時(shí)鐘鎖定,因而噪聲很低;

●1mA的關(guān)機(jī)電源;

●三個(gè)輸出“就緒”（RDY）信號顯示。

2 MAX1664引腳功能

MAX1664有20個(gè)引腳,采用TSSOP封裝,只有1.1mm厚,它的引腳分布如圖1所示,各引腳的功能如表1所列。

表1 MAX1664引腳功能

3 MAX1664內(nèi)部結(jié)構(gòu)

MAX1664的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。主要由四部分組成,即一個(gè)脈沖寬度調(diào)制（PWM）的升壓轉(zhuǎn)換器（DC-DC1）,一個(gè)雙輸出（正負(fù)電壓）轉(zhuǎn)換器（DC-DC2）,一個(gè)底板電源驅(qū)動(dòng)器,還有一個(gè)使三個(gè)輸出與底板時(shí)鐘同步的鎖相環(huán)。

3.1 DC-DC1升壓轉(zhuǎn)換器

DC-DC1使用一個(gè)電流型升壓脈沖寬度調(diào)制（PWM）裝置來產(chǎn)生正的可調(diào)電壓,調(diào)節(jié)范圍從3V至5.5V（不小于VIN）。這個(gè)轉(zhuǎn)換器使用一個(gè)最大接通電阻為0.5Ω的N溝道MOSFET,它的開關(guān)頻率的相位已被底板時(shí)鐘鎖定。表2描述了DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器可能的開關(guān)頻率操作。

表2 開關(guān)頻率操作

3.2 DC-DC2雙路輸出

DC-DC2使用一個(gè)被同步和被定時(shí)的PFM裝置來提供正電壓和負(fù)電壓輸出。當(dāng)開關(guān)脈沖出現(xiàn)時(shí),其輸出電壓與DC-DC1同步,這樣可使轉(zhuǎn)換器的相互干擾和次諧波影響達(dá)到最小。DC-DC2外接電感的電流總是不連續(xù)的,這樣可對兩個(gè)輸出分別進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié),從而使一個(gè)輸出在另一個(gè)輸出沒有負(fù)載時(shí)具有100%的負(fù)載。

3.3 底板電源驅(qū)動(dòng)器

MAX1664提供一個(gè)低阻抗的底板電源驅(qū)動(dòng)器（見圖2）。它可將BPCKL信號（底板驅(qū)動(dòng)器時(shí)鐘）從一種邏輯電平轉(zhuǎn)換成BPVDD電平和BPVSS電平。底板驅(qū)動(dòng)器由個(gè)N溝道和一個(gè)P溝道大電流MOSFET的互補(bǔ)對組成。當(dāng)BPCLK的電平為高或?yàn)榈蜁r(shí),它將分別驅(qū)動(dòng)BPRV變成BPVDD或BPVSS。底板驅(qū)動(dòng)器的電源可以從DC-DC1的輸出,即VOUT1來獲得。

3.4 鎖相環(huán)

MAX1664內(nèi)部還有一個(gè)鎖相環(huán)（PLL）,它使PWM和PFM轉(zhuǎn)換器的時(shí)鐘與底板時(shí)鐘同步,這將使噪聲和干擾達(dá)到最小。PLL是一個(gè)工作于多種頻率的裝置,它為DC-DC1和DC-DC2分別產(chǎn)生標(biāo)稱頻率為1MHz和500kHz的時(shí)鐘。PLL通過引腳分別接IN、REF和GND（見圖2）的時(shí)鐘,這個(gè)時(shí)鐘與底板時(shí)鐘在相位檢測器中進(jìn)行比較,所得到的信號再進(jìn)入VCO（壓控振蕩器）,由VCO輸出鎖了相的標(biāo)稱頻率為1.92MHz的時(shí)鐘信號,再經(jīng)過2分頻和4分頻后分別作為DC-DC1和DC-DC2的時(shí)鐘信號。

4 應(yīng)用電路及元件選擇

MAX1664的應(yīng)用電路如圖3所示。

4.1 輸出電壓的選擇

三個(gè)輸出電壓和底板時(shí)鐘的直流偏壓（圖3中A點(diǎn)的電壓）都是可以調(diào)整的。對每個(gè)輸出電壓可以使用兩個(gè)精度為1%的電阻來調(diào)節(jié)。這些電阻,可以通過方程來計(jì)算。

a.DC-DC1輸出電壓

對于VOUT1=5V,典型值R1=100kΩ,R2=301kΩ。為了得到不同的VOUT1,可以先給出VOUT1,選擇R2=100kΩ,CFB1=50pF,再計(jì)算電阻R1,R1由下式確定：

R1=R2（VOUT1/VFB1-1） （1）

b.DC-DC2的正電壓輸出

對于VOUT2+=15V,典型值R8=49.9kΩ,R7=549kΩ。為了得到不同的VOUT2+,可先給出VOUT2+,選擇R8=49.9kΩ,而R7按下式選擇：

R7=R8（VOUT2+（VFB2+）-1） （2）

c.DC-DC2的負(fù)電壓輸出

對于負(fù)電壓輸出,FB2-的閾值電壓為0V。對于VOUT2+=-5V,典型值R5=49.9kΩ,R6=200kΩ。為了得到不同的VOUT2-,選R2=49.9kΩ,而R6為：

R6=R5‖VOUT2-/VREF‖ （3）

d.底板驅(qū)動(dòng)器的直流偏壓VDCBS

對于VDCBS=VBPVDD/2,典型值R3=R4=100kΩ。為了得到VDCBS的不同值,可由選擇R4的值來計(jì)算R3,即

R3=R4[VBPVDD-VBPVSS/VDCBS-VBPVSS]-1 （4）

4.2 電感的選擇

如圖3所示,電感L1的最佳值為3.3μH。為了使工作頻率達(dá)到最高,L1的直流電阻應(yīng)小于300Ω。如果L1的值較大（如4.7μH）,則能增加DC-DC1輸出電流的能力,但這將增大體積和為了環(huán)路的穩(wěn)定而附加輸出濾波電容為代價(jià)。電感L2的典型值為4.7μH。在較大的輸入電壓（如5V）和低開關(guān)頻率（小于400kHz）的情況下,可以利用增加L2的值（從6.8μH到10μH）來流峰值電流。在有些情況下,可以利用減小L2的值來提高DC-DC2輸出電流的能力。對DC-DC2來說,輸出電壓、開關(guān)頻率、電感值和負(fù)載電流之間的關(guān)系是一種復(fù)雜的關(guān)系,并不是線性的。

4.3 提高輸出VOUT1

為了使VOUT1輸出電壓提高到5.5V以上,應(yīng)該連接一個(gè)如圖4所示的補(bǔ)償電泵電路。圖中連接的電路將提供一個(gè)電壓為10V,電流為150mA的輸出。在2VIN到10V之間的其它電壓可通過適當(dāng)選擇R1和R2的值來確定。C2～C4由兩個(gè)3.3μH的陶瓷電容并聯(lián)組成,這樣可以滿足貼片電路1.1mm厚度的要求。如果沒有厚度限制,可以使用容量大的電容來代替兩個(gè)并聯(lián)電容。

4.4 3.3V～-20V充泵的配置

對于要求負(fù)電壓為-20V的應(yīng)用,可在VOUT2-輸出端加一個(gè)反向充電泵電路,如圖5所示。CF的典型值在0.47μF到1μF之間,COUT在4.7μF到10μF之間。作為一般準(zhǔn)則,COUT是CF的10倍。

最后要指出的是,MAX1664是一種高功率開關(guān)電源,要特別注意供電電源電路的連接和旁路電容的連接。電路板的布線要細(xì)心操作。旁路端IN和INP之間用一只33Ω的電阻隔離（見圖3中的R9）。另外,功率元件要注意屏蔽,接地點(diǎn)的連線要特點(diǎn)小心處理,否則將影響各輸出的穩(wěn)定性。圖3中的二極管D1～D3應(yīng)采用高速的肖特基二極管。