探索MAX8728：為LCD顯示器和電視量身打造的低成本多輸出電源

在電子設備日新月異的今天，LCD顯示器和電視的性能不斷提升，對電源的要求也越發嚴苛。MAX8728作為一款專為TFT LCD面板設計的多輸出電源，憑借其出色的性能和豐富的功能，成為了眾多工程師的首選。今天，我們就來深入了解一下這款電源芯片。

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一、產品概述

MAX8728能夠為電視和顯示器中的TFT LCD面板生成所需的所有電源軌。它集成了降壓和升壓調節器、正負電荷泵以及雙模邏輯控制的高壓開關控制模塊。該芯片的輸入電壓范圍為7V至13.2V，尤其針對直接由12V電源供電的LCD TV面板和LCD顯示器應用進行了優化。

二、產品特性

1. 輸入電壓與頻率選擇

• 輸入電壓范圍廣：支持7V至13.2V的輸入電壓，能適應多種電源環境。
• 可選頻率：提供500kHz、1MHz和1.5MHz三種可選頻率，工程師可以根據具體應用需求進行靈活選擇。高頻（1.5MHz）操作可優化應用，使組件尺寸最小化，但會因較高的開關損耗而犧牲一些效率；低頻（500kHz）操作則能提供最佳的整體效率，但會占用更多的組件尺寸和電路板空間。

2. 調節器性能

• 降壓調節器：采用內部n溝道MOSFET和電流模式控制架構，輸出精度可達1.5%，具有快速的負載瞬態響應和易于補償的特點。同時，還具備軟啟動和故障保護功能，能有效限制啟動時的浪涌電流。
• 升壓調節器：同樣采用電流模式控制架構，輸出精度為1%，輸出電壓范圍從輸入電壓到17V。內置數字軟啟動功能，可減少外部組件數量并控制浪涌電流。
• 正負電荷泵調節器：可提供TFT柵極驅動器所需的正負電源電壓，輸出電壓可通過外部電阻分壓器進行調節。

3. 其他特性

• 180°異相開關：降壓和升壓調節器的開關操作相差180°，可有效降低輸入紋波，減少對輸入電容的需求。
• 真正關斷功能：當處于關斷狀態時，輸出電壓降為零。
• 邏輯控制的高壓開關：具備明確的上電和下電序列，可確保系統的穩定運行。
• 熱過載保護：當結溫超過160°C時，會自動關閉除參考電壓外的所有輸出，待溫度降低約15°C后自動重啟，保護芯片免受過熱損壞。

三、引腳說明

MAX8728采用32引腳TQFN封裝，每個引腳都有其特定的功能。例如，GND1是降壓調節器和負電荷泵的電源地；OUT1是降壓調節器的輸出感測輸入；DRVN是負電荷泵調節器的驅動輸出等。在設計電路時，需要根據引腳功能進行合理的連接和布局。

四、典型應用電路

典型應用電路（圖1）展示了MAX8728如何為TFT LCD面板提供完整的電源系統。該電路能從12V ±10%的輸入電源中生成+3.3V邏輯電源、+13.5V源驅動器電源、+28V正柵極驅動器電源和 -6V負柵極驅動器電源，并以1.5MHz的頻率運行。

1. 組件選擇

• 電感：降壓調節器選用6.4μH、1.5ADC的電感（Sumida CDRH6D12 - 6R4），升壓調節器選用2.6μH、2.6ADC的電感（Sumida CDRH6D12 - 2R6）。電感的選擇需要綜合考慮電感值、峰值電流和直流電阻等參數，以平衡尺寸、成本和效率。
• 電容：輸入和輸出電容大多選用陶瓷電容，如10μF ±20%、16V X5R陶瓷電容（TDK C3216X5R1C106M）。電容的選擇要根據輸入紋波電流要求、電壓額定值以及輸出紋波和瞬態響應的需求來確定。
• 二極管：推薦使用肖特基二極管，如3A、30V肖特基二極管（Toshiba CMS02）和220mA、100V雙二極管（Fairchild MMBD4148SE），以滿足芯片的高開關頻率要求。

2. 電路設計要點

• 布局：在PCB布局時，要盡量減小高電流回路的面積，將每個DC - DC轉換器的電感、二極管和輸出電容靠近其輸入電容和相應的引腳放置。同時，要創建獨立的電源地島和模擬地平面，并將它們連接到芯片的外露焊盤，以提高效率、降低輸出電壓紋波和噪聲尖峰。
• 反饋電阻：將所有反饋分壓器電阻盡可能靠近各自的反饋引腳放置，避免反饋走線靠近LX1、LX2、DRVP或DRVN等節點，以防止拾取開關噪聲。

五、設計步驟

1. 降壓調節器設計

• 電感選擇：根據輸出電壓、輸入電壓、開關頻率和最大負載電流等參數計算電感值。一般來說，電感值的選擇需要在尺寸、成本和效率之間進行權衡。同時，要確保電感的飽和電流和直流電阻滿足要求。
• 輸入電容選擇：輸入電容的選擇主要根據輸入紋波電流要求和電壓額定值來確定。陶瓷電容因其高紋波電流和浪涌電流能力而被廣泛使用。
• 輸出電容選擇：輸出電容和等效串聯電阻（ESR）會影響調節器的輸出紋波電壓和瞬態響應。需要根據紋波電壓和負載瞬態要求來確定輸出電容和ESR的大小。
• 整流二極管選擇：由于MAX8728的高開關頻率，推薦使用肖特基二極管作為整流二極管，以獲得快速的恢復時間和低正向電壓。
• 輸出電壓選擇：通過連接電阻分壓器來調整輸出電壓，選擇合適的電阻值并添加小電容以減少噪聲敏感性。

2. 升壓調節器設計

• 電感選擇：考慮電感值、峰值電流額定值和串聯電阻等因素，根據最大輸出電流、輸入電壓、輸出電壓和開關頻率等參數計算電感值。選擇合適的電感可以在電路效率、電感尺寸和成本之間找到最佳平衡點。
• 輸出電容選擇：輸出電壓紋波由電容紋波和ESR紋波組成，需要根據電壓額定值和溫度特性選擇合適的輸出電容。
• 輸入電容選擇：輸入電容可減少從輸入電源汲取的電流峰值和注入IC的噪聲。實際應用中，可根據源阻抗情況適當降低輸入電容的值。
• 整流二極管選擇：同樣推薦使用肖特基二極管，以配合內部MOSFET的工作。
• 輸出電壓選擇：通過連接電阻分壓器到FB2來調整輸出電壓，選擇合適的電阻值并將其靠近IC放置。
• 環路補償：選擇合適的RCOMP和CCOMP來設置高頻積分器增益和積分器零點，以實現穩定的性能和良好的瞬態響應。

3. 電荷泵調節器設計

• 電荷泵級數選擇：為了獲得最高效率，應選擇滿足輸出要求的最低電荷泵級數。根據輸出電壓、輸出電流、電源電壓和二極管正向電壓降等參數計算正、負電荷泵的級數。
• 飛電容選擇：增加飛電容的值可以降低有效源阻抗并提高輸出電流能力，但過大的電容對輸出電流能力的提升效果有限。一般選擇0.1μF陶瓷電容，特殊情況下需要根據具體要求進行調整。
• 電荷泵輸出電容選擇：減小飛電容和增加輸出電容可以降低輸出紋波并改善瞬態響應。通過相應的公式可以近似計算輸出紋波。
• 輸出電壓選擇：通過連接電阻分壓器到FBP和FBN來調整正、負電荷泵調節器的輸出電壓，選擇合適的電阻值并添加小電容以減少脈沖分組和輸出噪聲。

六、總結

MAX8728是一款功能強大、性能出色的多輸出電源芯片，適用于LCD顯示器和電視等應用。它提供了豐富的功能和靈活的設計選項，能夠滿足不同用戶的需求。在設計過程中，需要根據具體應用要求合理選擇組件和進行電路布局，以確保系統的穩定性和可靠性。你在使用MAX8728或類似電源芯片時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。