MAX17103/AUO - P1721.14：TFT LCD的DC - DC轉換器設計利器

在TFT LCD顯示技術領域，電源管理和驅動電路的性能對顯示效果起著至關重要的作用。今天要和大家分享的MAX17103/AUO - P1721.14 DC - DC轉換器，集成了多種功能，能為TFT LCD應用提供全面的解決方案。

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一、產品概述

MAX17103集成了高性能升壓調節(jié)器、350mA低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）、高速運算放大器、負線性穩(wěn)壓器控制器以及高壓電平轉換掃描驅動器，專為TFT LCD應用優(yōu)化。其輸入電壓范圍為2.3V至5.5V，采用32引腳、5mm x 5mm的薄型QFN封裝，最大厚度僅0.8mm，非常適合薄型LCD面板。

（一）應用場景

它適用于筆記本電腦顯示器等設備。在筆記本電腦的TFT LCD中，需要穩(wěn)定的電源和精確的驅動信號來保證顯示質量，MAX17103就能很好地滿足這些需求。

（二）產品特性

1. 寬輸入電壓范圍：2.3V至5.5V的輸入電壓范圍，能適應多種電源環(huán)境。
2. 高效升壓調節(jié)器：1.2MHz電流模式升壓調節(jié)器，具有快速瞬態(tài)響應，高達85%以上的效率，高精度參考（1%），集成16V、2A、200mΩ MOSFET。可通過外部電阻分壓器將輸出電壓設置為VIN至15V，其 Duty Cycle 近似計算公式為 (D approx frac{V{MAIN }-V{IN }}{V_{MAN }})。
3. 高性能運算放大器：±200mA輸出短路電流、50V/μs壓擺率、12MHz -3dB帶寬，可用于驅動LCD背板（VCOM）或伽馬校正分壓串。不過在輸入電壓接近其電源軌（OPAS和AGND）1V范圍內，精度會顯著下降。
4. 低壓差線性穩(wěn)壓器：集成0.8Ω通流元件，能提供至少350mA電流，輸出電壓精度在±1%以內。
5. 高壓掃描驅動器：輸出可擺動至40V（最大），能快速驅動電容性負載，并且兩個互補輸出可通過電荷共享功能節(jié)省功耗。
6. 保護功能：具有熱過載保護、過流保護、欠壓鎖定（UVLO）等多種保護功能，確保設備在各種異常情況下的安全運行。

二、電氣特性分析

（一）輸入輸出特性

在 (V{IN}=+3V)、(VOPAS = +8.5V)、(T{A}=0^{circ}C) 至 +85°C的條件下，輸入待機電流在不同條件下有所不同，如 (V{ENA }=0)、(V{IN }=5.5V)、(V{G H O N}=4V)、(V{G L}=0) 時為2mA；輸入靜態(tài)電流在不同工作狀態(tài)下也有差異，如VFB = 1.3V，LX不切換時和VFB = 1.2V，LX切換時數值不同。輸出方面，升壓調節(jié)器輸出電壓范圍為VIN至15V，頻率在1000 - 1400kHz之間。

（二）關鍵參數

1. 參考電壓：REF輸出電壓無外部負載時典型值為1.240V，負載調整率在 - 20至 + 10范圍內。
2. 升壓調節(jié)器：FB調節(jié)電壓無負載時典型值為1.240V，FB線路調節(jié)在不同輸入電壓和溫度條件下有相應指標，LX電流限制在特定條件下為1.6 - 2.4A。
3. 運算放大器：輸入偏置電流在 (V{POS }=V{OPAS } / 2)、(T_{A}=+25^{circ}C) 時為 - 50至 + 50 ，輸出電壓擺幅、壓擺率、帶寬等都有明確的參數指標。

三、典型應用電路設計

（一）電路功能

典型應用電路（Figure 1）能為TFT顯示器生成 +8.5V源驅動器電源以及約 +23V和 - 6V的柵極驅動器電源。輸入電壓范圍為2.3V至5.5V，該電路設計為在2.5V至3.6V下運行。

（二）元件選擇

1. 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(tài)響應時間和輸出電壓紋波。在典型應用中，根據公式 (L=left(frac{V{I N}}{V{MAIN }}right)^{2}left(frac{V{MAIN }-V{IN }}{I{MAIN(EFF) } × f{OSC }}right)left(frac{eta_{TYP }}{LIR}right)) 計算電感值，其中LIR是電感峰 - 峰紋波電流與滿載電流下平均直流電感電流的比值，一般在0.3 - 0.5之間。例如，在典型工作電路中，選擇10μH的電感。
2. 輸出電容選擇：輸出電壓紋波由電容紋波 (V{RIPPLE(C)} approx frac{I{MAIN }}{C{OUT }}left(frac{V{MAIN }-V{IN }}{V{MAIN } f{OSC }}right)) 和歐姆紋波 (V{RIPPLE(ESR) } approx I{PEAK } R{ESR(COUT) }) 組成，選擇時要考慮電壓額定值和溫度特性。
3. 輸入電容選擇：輸入電容（C3）可減少從輸入電源汲取的電流峰值和注入IC的噪聲，典型應用中使用10μF陶瓷電容。
4. 整流二極管：由于MAX17103開關頻率高，推薦使用肖特基二極管，一般1A肖特基二極管與內部MOSFET配合良好。
5. 輸出電壓選擇：通過連接從輸出（VMAIN）到AGND的電阻分壓器，中心抽頭連接到FB來調整升壓調節(jié)器的輸出電壓，計算公式為 (R 1=R 2 timesleft(frac{V_{MAIN }}{1.24 V}-1right))。
6. LDO輸出電壓調整：LDO輸出電壓通過連接從輸出（VLDOO）到AGND的電阻分壓器，中心抽頭連接到LDOADJ來調整，計算公式為 (R 7=R 8 timesleft(frac{V_{LDOO}}{1.24 V}-1right))。
7. 輸入電壓檢測器：通過連接從VDETECT到AGND的電阻分壓器，中心抽頭連接到VDET來調整被監(jiān)測電壓的下降沿閾值，計算公式為 (R 5=R 6 timesleft(frac{V_{DETECT(FALLING) }}{1.1 V}-1right))，上升沿閾值與下降沿閾值相關。
8. 柵極關斷線性穩(wěn)壓器控制器：通過連接從VVGL到REF的電阻分壓器，中心抽頭連接到FBN來調整負線性穩(wěn)壓器的輸出電壓，計算公式為 (R 9=frac{left|V_{V G L}right|}{1.24 V} × R 10)。

四、PCB布局和散熱設計

（一）PCB布局

1. 高電流環(huán)路：將電感、輸出二極管和輸出電容靠近輸入電容以及LX和PGND放置，減少高電流環(huán)路面積。高電流輸入環(huán)路和輸出環(huán)路的連接要短而寬，避免在高電流路徑中使用過孔，若不可避免則使用多個過孔并聯。
2. 接地設計：創(chuàng)建功率接地島（PGND）和模擬接地平面（AGND），將PGND引腳直接連接到暴露的背面焊盤，兩個接地平面之間不進行其他連接。
3. 反饋電阻：反饋電壓分壓器電阻應盡可能靠近反饋引腳，避免反饋走線靠近LX或電荷泵中的開關節(jié)點。
4. 旁路電容：IN引腳旁路電容應盡可能靠近器件，接地連接要直接且寬。
5. 輸出走線：輸出電容與負載之間的走線長度要短，寬度要大，以獲得最佳瞬態(tài)響應。
6. LX節(jié)點：減小LX節(jié)點的尺寸，保持其寬而短，遠離反饋節(jié)點和模擬接地，必要時使用直流走線作為屏蔽。

（二）散熱設計

IC的最大功耗取決于從管芯到周圍環(huán)境的熱阻和環(huán)境溫度。MAX17103通過將暴露的背面焊盤焊接到1平方英寸的PCB銅箔上，在 +70°C靜止空氣中可耗散約1990mW。增加PCB銅面積、降低環(huán)境溫度和增加氣流可提高散熱能力。主要的功耗組件包括升壓調節(jié)器、運算放大器、LDO和高壓掃描驅動器輸出。

在設計使用MAX17103/AUO - P1721.14時，電子工程師需要綜合考慮以上各個方面，才能充分發(fā)揮該芯片的性能，設計出高質量的TFT LCD驅動電路。大家在實際應用中遇到過哪些問題呢？歡迎一起交流探討。