探索MAX1747：用于TFT LCD的高效三電荷泵DC - DC轉換器

在電子設備的設計中，電源管理是一個關鍵環節，特別是對于TFT LCD這類對電源要求較高的設備。今天我們來深入了解一下Maxim公司的MAX1747三電荷泵TFT LCD DC - DC轉換器，看看它是如何滿足各種應用需求的。

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一、產品概述

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的輸入電源電壓轉換為三個獨立的輸出電壓。

高功率主電荷泵

能產生4.5V至5.5V的輸出電壓（VOUT），調節精度在±1%以內。低功耗BiCMOS控制電路和低導通電阻（RON）功率MOSFET可實現高效率。可調開關頻率（200kHz至2MHz）能提供快速瞬態響應，并允許使用小型低外形陶瓷電容器。

雙低功率電荷泵

可獨立調節一個正輸出（VPOS）和一個負輸出（VNEG）。這些額外的輸出使用外部二極管和電容倍增器級來調節高達+35V和 - 35V的輸出電壓。

二、應用領域

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

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等。正確理解引腳功能對于電路設計至關重要。

四、產品特性

可調節輸出

主高功率輸出最高可達+5.5V，正電荷泵輸出最高可達+35V，負電荷泵輸出最低可達 - 35V。

可調開關頻率

200kHz至2MHz的可調開關頻率，能根據不同應用需求進行靈活調整。

寬輸入電源范圍

輸入電源范圍為+2.7V至+4.5V，適應多種電源環境。

低功耗

關機電流僅為0.1μA，有助于延長電池續航時間。

內部軟啟動

可避免啟動時的電流沖擊，保護電路元件。

電源就緒輸出

通過RDY引腳可指示所有輸出是否就緒。

內部電源排序

確保各電荷泵按順序啟動，保證系統穩定運行。

快速瞬態響應

能快速響應負載變化，保持輸出電壓穩定。

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用。

五、電氣特性

輸入電源相關

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。輸入靜態電源電流和輸出靜態電源電流在不同條件下有相應的典型值和最大值。

開關頻率

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200mA（CX = 0.47μF時）。FB調節電壓約為1.237V至1.263V。

負低功率電荷泵

SUPN輸入電源范圍為2.7V至13V，靜態電流和關機電流都有明確的指標。

正低功率電荷泵

SUPP輸入電源范圍同樣為2.7V至13V，各項電氣參數也有相應規定。

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

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

無負載電源電流與溫度

無負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。

開關頻率相關

開關頻率與ISHDN電流以及溫度都有關系，可通過調節ISHDN電流來設置開關頻率。

低功率電荷泵效率與輸出電壓

負低功率和正低功率電荷泵的效率與負載電流有關，輸出電壓也會隨負載電流變化而產生一定的波動。

七、詳細工作原理

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行電平轉換，將兩個電壓之和傳輸到輸出電容（COUT）。

雙電荷泵調節器

負電荷泵在第一個半周期，P溝道MOSFET導通，飛跨電容C5充電；第二個半周期，P溝道MOSFET關斷，N溝道MOSFET導通，進行電平轉換并將電荷傳輸到輸出。正電荷泵在第一個半周期，N溝道MOSFET導通對飛跨電容C3充電；第二個半周期，N溝道MOSFET關斷，P溝道MOSFET導通，進行電平轉換并傳輸電荷。

八、頻率選擇與關機

SHDN引腳具有雙重功能，既可以關閉設備，又可以確定振蕩器頻率。當SHDN引腳被拉低時，設備進入關機模式，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備，并設置振蕩器的開關頻率，計算公式為：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個時鐘周期內達到穩定，負和正低功率電荷泵在2048個時鐘周期內達到穩定，通過控制輸出電壓的上升速率來實現軟啟動。

電源上電排序

上電或退出關機狀態時，先為參考電源上電，然后主電荷泵軟啟動上電。當主電荷泵達到標稱值的90%時，負電荷泵開啟；負輸出電壓達到約90%標稱值時，正電荷泵啟動；正輸出電壓達到90%標稱值時，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RDY信號變低后，如果任何輸出低于其故障檢測閾值，RDY將變為高阻抗。不同輸出的故障閾值不同，如參考的故障閾值為1.05V，主電荷泵為標稱值的88%等。

電源就緒

電源就緒信號是一個開漏輸出，當電源上電序列正確完成時，MOSFET導通，RDY被拉低；檢測到故障時，內部開漏MOSFET呈現高阻抗。

十一、設計注意事項

效率考慮

不同電荷泵的效率計算公式不同，主電荷泵效率約為VOUT / (2 × VSUPM)，負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。

輸出電壓選擇

通過連接電壓分壓器來調節輸出電壓，可根據公式計算所需電阻值。

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的要求和計算公式，需根據具體應用進行合理選擇。

整流二極管

使用肖特基二極管，電流額定值應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，對于負電荷泵為1.5倍的VSUPN。

PCB布局與接地

精心設計PCB布局對于減少接地反彈和噪聲至關重要。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是一款功能強大、特性豐富的TFT LCD DC - DC轉換器，在設計相關電路時，需要充分考慮其各項特性和設計注意事項，以實現最佳的性能和穩定性。大家在實際應用中遇到過哪些與電荷泵相關的問題呢？歡迎在評論區分享交流。