MAX8710/MAX8711/MAX8712/MAX8761：低成本線性調節器LCD面板電源解決方案

在LCD顯示器和LCD電視的設計中，為TFT液晶顯示屏（LCD）面板提供穩定、高效的電源是至關重要的。Maxim推出的MAX8710、MAX8711、MAX8712和MAX8761系列產品，為TFT LCD面板提供了完整的線性調節器電源解決方案。今天，我們就來深入了解一下這幾款產品。

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一、產品概述

MAX8710/MAX8711/MAX8712/MAX8761系列為TFT LCD面板提供了完整的線性調節器電源解決方案。這些器件集成了高性能AVDD線性調節器、正電荷泵調節器、負電荷泵調節器以及內置的上電順序控制。其中，MAX8710/MAX8711/MAX8761還集成了大電流運算放大器，而MAX8710/MAX8761更是提供了邏輯控制的高壓開關，用于控制正電荷泵輸出。

產品特性亮點

1. 高性能線性調節器：輸出精度達1.6%，能與小型陶瓷輸出電容配合工作，具備快速瞬態響應和折返式電流限制功能。
2. 電荷泵調節器：包含50mA負穩壓電荷泵和20mA正穩壓電荷泵，且正電荷泵具有可調延遲功能。
3. 大電流運算放大器（MAX8710/MAX8711/MAX8761）：輸出短路電流可達±150mA，壓擺率為12V/μs，帶寬為12MHz，具備軌到軌輸入/輸出功能。
4. 多種保護功能：包括熱保護、鎖存故障保護等，有效增強產品的穩定性與可靠性。

不同產品的封裝與工作溫度范圍

• MAX8710/MAX8761采用24引腳薄型QFN封裝。
• MAX8711采用16引腳薄型QFN封裝。
• MAX8712采用12引腳薄型QFN封裝。

所有封裝尺寸均為4mm x 4mm，最大厚度為0.8mm，適用于超薄LCD面板設計。工作溫度范圍方面，MAX8710/MAX8711/MAX8712為-40°C至+100°C，MAX8761為-40°C至+85°C。

二、電氣特性詳解

線性調節器

線性調節器直接將輸入電壓降壓，為源驅動器IC提供電源電壓（AVDD）。輸入電壓范圍為8V至28V，輸出電壓范圍在MAX8710/MAX8761中可達28V，在MAX8711/MAX8712中可達13.2V。

其輸出電流能力方面，MAX8710/MAX8711/MAX8712至少為300mA，MAX8761至少為500mA。在啟動時，線性調節器會通過軟啟動程序，將內部參考電壓從0V逐步升至2.5V，軟啟動時間約為2.73ms，此期間可有效限制浪涌電流。

正電荷泵調節器

正電荷泵調節器通常用于為TFT LCD柵極驅動器IC生成正電源軌。通過外部電阻分壓器連接至FBP引腳，可設定輸出電壓。其MOSFET開關頻率恒定為1.5MHz，啟動時可通過連接外部電容至DLP引腳實現延遲啟動，同樣具備軟啟動功能，能有效限制啟動時的浪涌電流。

負電荷泵調節器

負電荷泵調節器用于為TFT LCD柵極驅動器IC生成負電源軌。通過外部電阻分壓器連接至FBN引腳設定輸出電壓，MOSFET開關頻率同樣為1.5MHz。啟動時，內部參考電壓會從5V逐步降至250mV，軟啟動時間約為2.73ms。

運算放大器（MAX8710/MAX8711/MAX8761）

運算放大器具有高輸出電流（150mA）、快速壓擺率（12V/μs）和寬帶寬（12MHz）的特點，常用于驅動TFT LCD面板的背板（VCOM）。在使用時，若為純容性負載，需采取措施確保其穩定運行，如在OUTB和容性負載之間放置5Ω至50Ω的電阻以減少增益峰值。

參考電壓（REF）

參考輸出電壓標稱值為5V，可提供高達1mA的電流。需通過一個0.22μF的陶瓷電容連接至GND進行旁路，且在關斷模式下，參考電壓仍保持啟用狀態。

三、電源上電順序與關斷控制

上電時，REF隨IN引腳電壓上升。當REF達到穩定且SHDN為高電平時，線性調節器、運算放大器和負電荷泵調節器啟用并開始軟啟動。線性調節器啟用后，正電荷泵調節器延遲模塊開始工作，當DLP引腳電壓超過VREF / 2時，正電荷泵調節器開始軟啟動。

關斷時，當SHDN引腳拉低或REF電壓低于4.5V，器件進入關斷模式。此時，OUTL和OUTB引腳通過1kΩ電阻內部接地，FBN和FBP引腳通過10Ω電阻內部接地，DLP引腳通過10Ω電阻接地，電容CDLP放電。在MAX8710中，GON引腳還會通過1kΩ電阻接地，而REF在關斷模式下仍保持開啟。

四、保護功能分析

輸出故障保護

在穩態運行期間，若線性調節器或任何電荷泵調節器的輸出未超過其各自的故障檢測閾值，器件將激活內部故障定時器。若故障持續約44ms，器件將設置故障鎖存，關閉除參考電壓外的所有輸出。排除故障后，可通過循環輸入電壓或切換SHDN引腳來清除故障鎖存并重新激活器件。

熱過載保護

熱過載保護可防止IC因過度功耗而過熱。當結溫超過+160°C時，熱傳感器會立即激活故障保護，關閉除參考電壓外的所有輸出，待器件冷卻約15°C后自動重啟。

五、開關控制（MAX8710/MAX8761）

MAX8710/MAX8761的開關控制模塊由高壓p溝道MOSFET和共源極連接的p溝道MOSFET對組成，具有兩種不同的工作模式。

模式一

將MODE引腳連接至REF激活此模式。當CTL為高電平時，Q1導通，Q2截止，GON連接至SRC；當CTL為低電平時，Q1截止，Q2導通，GON連接至DRN，GON可通過連接在DRN和GND或OUTL之間的電阻放電。當VGON達到THR引腳電壓的10倍時，Q2截止，停止對GON放電。

模式二

當VMODE小于0.9 x VREF時，開關控制模塊工作在該模式。VCTL的上升沿使Q1導通，Q2截止，GON連接至SRC，同時內部n溝道MOSFET Q5導通，對MODE和GND之間的外部電容放電。VCTL的下降沿使Q5截止，內部50μA電流源開始對MODE電容充電。當VMODE超過0.5 x VREF時，開關控制模塊使Q1截止，Q2導通，GON連接至DRN，同樣在VGON達到THR引腳電壓的10倍時，Q2截止，停止對GON放電。

六、設計程序要點

線性調節器設計

輸出電壓選擇

通過連接電阻分壓器從線性調節器輸出AVDD到GND，并將中心抽頭連接至FBL引腳來調整輸出電壓。選擇分壓器的下電阻R2在10kΩ至50kΩ之間，上電阻R1可通過公式 (R 1=R 2 timesleft(frac{V{A V D D}}{V{F B L}}-1right)) 計算，其中 (V_{FBL}=2.5V) 為線性調節器的調節點。

輸入電容選擇

線性調節器的輸出級由pnp傳輸晶體管組成，為避免輸入電壓的快速變化耦合到晶體管基極，需使用輸入電容。在典型工作電路中使用10μF陶瓷電容，實際應用中，若線性調節器直接由另一個穩壓電源輸出供電，可使用較小的輸入電容。

輸出電容選擇

輸出電容及其等效串聯電阻（ESR）會影響線性調節器的穩定性和瞬態響應。MAX8710/MAX8711/MAX8712使用4.7μF輸出電容可穩定提供至少300mA電流，MAX8761使用10μF輸出電容可穩定提供至少500mA電流。對于典型的脈沖負載，可根據公式 (C{OUT (MIN) } approx frac{I{PULSE} × t{PULSE }}{V{DIP(MAX) }}) 計算最小所需電容值。

前饋補償

通過在前饋網絡中添加一個零點可改善負載瞬態響應?？赏ㄟ^在OUTL和FBL之間連接一個前饋電容（C1）來添加零點，零點頻率可通過公式 (f{ZERO }=frac{1}{2 pi R{1} C{1}}=frac{f{U}}{sqrt{V{OUTL } / V{FBL }}}) 計算，其中R1為反饋分壓器的上電阻， (f_{u}) 為單位增益頻率。

電荷泵調節器設計

電荷泵級數選擇

為實現最高效率，應選擇滿足輸出要求的最少電荷泵級數。正電荷泵級數 (n{POS }) 和負電荷泵級數 (n{NEG }) 可通過相應公式計算，若第一級電荷泵由5V電源供電，公式會有所變化。

輸出電壓選擇

正電荷泵調節器的輸出電壓可通過連接電阻分壓器從輸出VP到GND，并將中心抽頭連接至FBP引腳來調整。上電阻R3可通過公式 (R 3=R 4 timesleft(frac{V{P}}{V{F B P}}-1right)) 計算，其中 (V{FBP}=2.5V) 為調節點。負電荷泵調節器的輸出電壓通過連接電阻分壓器從輸出VGOFF到REF，并將中心抽頭連接至FBN引腳來調整，R5可通過公式 (R 5=R 6 × frac{V{F B N}-V{G O F F}}{V{R E F}-V{F B N}}) 計算，其中 (V{REF}=5V) ， (V_{FBN}=250mV) 為調節點。

飛跨電容選擇

增加飛跨電容（CX）值可降低有效源阻抗，提高電荷泵的輸出電流能力，但由于內部開關電阻和二極管阻抗的限制，電容值無限增大對輸出電流能力的影響較小。在大多數低電流應用中，0.1μF陶瓷電容效果良好，且飛跨電容的電壓額定值必須超過 (VCX >n × VINPUT) ，其中n為飛跨電容所在級數，VINPUT為電荷泵調節器的電源電壓。

電荷泵輸入電容選擇

使用值等于或大于飛跨電容的輸入電容，并將其盡可能靠近IC放置，直接連接至PGND。

電荷泵輸出電容選擇

增加輸出電容或降低ESR可減少輸出紋波電壓和峰峰值瞬態電壓。使用陶瓷電容時，輸出電壓紋波主要由電容值決定，可通過公式 (C_{OUTCP } geq frac{I{LOADCP }}{2 f{OSC } V_{RIPPLE_CP }}) 近似計算所需電容值。

電荷泵整流二極管選擇

使用額定電流等于或大于兩倍電荷泵平均輸入電流的低成本硅開關二極管，若能避免額外的電荷泵級數，部分或全部二極管可替換為具有等效額定電流的肖特基二極管。

七、應用信息拓展

外部晶體管用于更高電流或功率耗散

當線性調節器的輸入電壓較高或負載電流較大時，調節器的功率耗散可能超過封裝的處理能力。此時，可通過將外部pnp晶體管與內部pnp晶體管以達林頓配置連接來解決。但需注意，使用外部傳輸晶體管時，電流限制電路將不起作用，因為線性調節器僅檢測內部傳輸晶體管的電流。

使用MAX1512 VCOM校準器調整緩沖器輸出

運算放大器通常用作TFT LCD面板中的VCOM緩沖器，其輸出電壓可使用MAX1512（一種EEPROM可編程VCOM校準器）進行調整，具體電路可參考MAX1512數據手冊。

八、PCB布局指南

合理的PCB布局對于器件的正常工作至關重要，以下是一些布局要點：

1. 接地設計：創建功率接地島和模擬接地島，將功率接地島中的線性調節器輸入和輸出電容接地連接、GND引腳以及電荷泵調節器的電容接地連接在一起，使用短而寬的走線或小接地平面；將模擬接地島中的所有反饋分壓器接地連接、運算放大器分壓器接地連接、REF電容接地連接、MODE電容接地連接、DLP電容接地連接以及器件的暴露背面焊盤連接在一起。通過將GND引腳直接連接到暴露背面焊盤來連接兩個接地島，避免在兩個接地島之間進行其他連接。
2. 反饋電阻布局：將所有反饋分壓器電阻盡可能靠近各自的反饋引腳放置，保持分壓器中心走線短，避免反饋走線靠近電荷泵的開關節點。
3. 旁路電容布局：將IN、INL、SUPB、SUPCP和REF引腳的旁路電容靠近IC放置，IN旁路電容的接地連接應通過寬走線直接連接到GND引腳。
4. 輸出電容與負載連接：盡量減小輸出電容和負載之間走線的長度并增加其寬度，以獲得最佳的瞬態響應。
5. 開關節點處理：最小化開關節點（DRVP和DRVN）的尺寸，使開關節點遠離反饋節點（FBL、FBP和FBN）和模擬接地，必要時使用直流走線作為屏蔽。

總之，MAX8710/MAX8711/MAX8712/MAX8761系列產品為TFT LCD面板提供了全面、高效且可靠的電源解決方案。在實際設計中，我們需要根據具體應用需求，合理選擇和設計各個參數，并注意PCB布局等細節，以充分發揮這些產品的性能優勢。大家在使用過程中遇到過哪些問題，或者有什么獨特的設計經驗，歡迎在評論區分享交流。