MAX8727：TFT - LCD 升壓 DC - DC 轉換器的設計與應用

在電子設備的設計中，電源管理是至關重要的一環。對于 TFT - LCD 顯示屏來說，一個高效穩定的升壓 DC - DC 轉換器是保證其正常工作的關鍵。今天，我們就來深入探討一下 Maxim 公司的 MAX8727 升壓 DC - DC 轉換器。

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一、產品概述

MAX8727 是一款高性能的升壓 DC - DC 轉換器，專為有源矩陣薄膜晶體管（TFT）液晶顯示器（LCD）提供穩壓電源。它采用電流模式、固定頻率、脈沖寬度調制（PWM）電路，內置 n 溝道功率 MOSFET，能實現高達 90% 的效率和快速的瞬態響應。用戶可以通過邏輯輸入引腳（FREQ）選擇 640kHz 或 1.2MHz 的工作頻率，高開關頻率允許使用超小型電感器和低 ESR 陶瓷電容器。

二、產品特性

2.1 高效節能

• 高達 90% 的效率，能有效降低功耗，延長設備的電池續航時間。
• 輸入電壓范圍為 2.6V 至 5.5V，輸出電壓可在 VIN 至 24V 之間調節，適應多種不同的應用場景。

2.2 靈活配置

• 可通過引腳編程選擇 640kHz 或 1.2MHz 的開關頻率，滿足不同的設計需求。
• 可編程軟啟動功能，通過外部電容控制輸入電流的緩慢上升，減少浪涌電流對設備的沖擊。

2.3 低功耗設計

• 關機電流僅為 0.1μA，在不工作時能大大降低功耗。
• 采用 10 引腳薄型 DFN 封裝，體積小巧，適合空間有限的設計。

三、電氣特性

3.1 輸入輸出參數

• 輸入電壓范圍：當 VOUT < 18V 時，輸入電壓范圍為 2.6V 至 5.5V；當 18V < VOUT < 24V 時，輸入電壓范圍為 4.0V 至 5.5V。
• 輸出電壓范圍：最大可達 24V。

3.2 關鍵參數

• 欠壓鎖定閾值：典型滯后為 50mV，范圍在 2.20V 至 2.57V 之間。
• 靜態電流：在不同的工作狀態下，靜態電流有所不同，例如在 VFB = 1.3V 且不開關時，典型值為 0.225mA；在 VFB = 1.0V 且開關時，典型值為 2mA。

3.3 其他特性

• 誤差放大器：FB 調節電壓為 1.24V 標稱值，輸入偏置電流在 50nA 至 250nA 之間。
• 振蕩器：頻率可通過 FREQ 引腳選擇，當 FREQ = GND 時，頻率為 540kHz 至 740kHz；當 FREQ = IN 時，頻率為 1000kHz 至 1500kHz。

四、典型應用電路

4.1 電路組成

典型的 MAX8727 應用電路包括輸入電容、電感、整流二極管、輸出電容以及反饋電阻等元件。通過合理選擇這些元件的值，可以實現穩定的輸出電壓和良好的負載特性。

4.2 元件選擇

• 電感選擇：電感的選擇需要考慮最小電感值、峰值電流額定值和串聯電阻等因素。這些因素會影響轉換器的效率、最大輸出負載能力、瞬態響應時間和輸出電壓紋波。一般來說，電感的選擇需要在電路效率、電感尺寸和成本之間進行權衡。
• 輸出電容選擇：輸出電壓紋波由電容紋波和歐姆紋波組成。對于陶瓷電容，輸出電壓紋波通常由電容紋波主導。同時，還需要考慮輸出電容的電壓額定值和溫度特性。
• 輸入電容選擇：輸入電容可以減少從輸入電源汲取的電流峰值，并減少對 IC 的噪聲注入。在實際應用中，根據源阻抗的不同，可以適當調整輸入電容的值。
• 整流二極管選擇：由于 MAX8727 的高開關頻率，需要選擇高速整流二極管。肖特基二極管因其快速恢復時間和低正向電壓而被推薦用于大多數應用。

五、設計要點

5.1 輸出電壓選擇

通過連接一個電阻分壓器從輸出（VMAIN）到 GND，并將中心抽頭連接到 FB 引腳，可以實現輸出電壓的調節。選擇 R2 在 10kΩ 至 50kΩ 范圍內，然后根據公式 (R1 = R2 times (frac{V{MAIN}}{V{FB}} - 1)) 計算 R1 的值。

5.2 環路補償

為了防止輸出紋波過大和效率低下，需要對電壓反饋環路進行適當的補償。通過連接一個電阻（RCOMP）和電容（CCOMP）串聯從 COMP 到 GND，以及另一個電容（CCOMP2）從 COMP 到 GND 來實現。選擇合適的 RCOMP、CCOMP 和 CCOMP2 值可以保證環路的穩定性和良好的瞬態響應。

5.3 軟啟動電容

軟啟動電容的大小需要根據輸出電容、最大輸出電壓、允許的峰值浪涌電流和最大輸出電流等因素來確定。確保軟啟動電容在輸出達到穩定之前不會達到最終值，以避免過大的浪涌電流。

六、PCB 布局和接地

6.1 布局原則

• 最小化高電流環路的面積，將電感、整流二極管和輸出電容靠近輸入電容以及 LX 和 GND 引腳放置。
• 創建電源接地島（PGND）和模擬接地平面（AGND），并將它們通過 GND 引腳連接到設備的暴露背面焊盤。
• 將反饋電壓分壓器電阻盡可能靠近 FB 引腳放置，避免反饋走線靠近 LX。
• 將 IN 引腳旁路電容盡可能靠近設備放置，并將其接地連接直接通過寬走線連接到 GND 引腳。

6.2 注意事項

• 避免在高電流路徑中使用過孔，如果不可避免，應使用多個過孔并聯以減少電阻和電感。
• 最小化 LX 節點的尺寸，同時保持其寬度和長度較短，并使其遠離反饋節點和模擬接地。

七、總結

MAX8727 是一款功能強大、性能優越的 TFT - LCD 升壓 DC - DC 轉換器。通過合理的元件選擇、電路設計和 PCB 布局，可以充分發揮其優勢，為 TFT - LCD 顯示屏提供穩定可靠的電源。在實際設計過程中，工程師們需要根據具體的應用需求和設計要求，靈活調整參數，以達到最佳的性能和效果。大家在使用 MAX8727 進行設計時，有沒有遇到過什么特別的問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。