MAX25220/MAX25221/MAX25221B/MAX25221C：汽車4通道TFT - LCD電源解決方案

引言

在汽車電子領(lǐng)域，TFT - LCD顯示屏的應(yīng)用越來越廣泛，而穩(wěn)定可靠的電源供應(yīng)是保證顯示屏正常工作的關(guān)鍵。Maxim Integrated推出的MAX25220/MAX25221/MAX25221B/MAX25221C系列4通道TFT - LCD電源IC，為汽車顯示屏提供了全面且高效的電源解決方案。本文將深入介紹該系列產(chǎn)品的特性、功能以及應(yīng)用設(shè)計要點。

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產(chǎn)品概述

MAX25220/MAX25221/MAX25221B/MAX25221C是專門為汽車TFT - LCD設(shè)計的4通道電源IC。它們能夠提供對稱的正AVDD和負NAVDD電源，以及VGON和VGOFF柵極電源。其中，MAX25221、MAX25221B和MAX25221C還集成了VCOM緩沖器和溫度測量模塊。這些器件內(nèi)置非易失性存儲器，可對所有輸出值進行校準，校準次數(shù)最多可達5次。通過內(nèi)置的I2C接口進行編程，還能讀取診斷信息，并且支持獨立運行模式。

產(chǎn)品特性與優(yōu)勢

高度集成

• 多電源輸出：同步升壓轉(zhuǎn)換器可提供4.2V至10.5V的AVDD電源，最大電流可達200mA；NAVDD逆變器輸出最大電流可達 - 200mA；通過3倍調(diào)節(jié)電荷泵提供15mA的VGON輸出（7.6V至20.2V）；通過調(diào)節(jié)電荷泵提供VGOFF（ - 18.2V至 - 5.6V），最大電流可達 - 15mA。
• VCOM緩沖器：VCOM輸出范圍為 + 1V至 - 2.49V，步長為6.83mV（MAX25221/B/C），還具備溫度補償功能。
• 溫度測量：集成溫度傳感器接口模塊（MAX25221/B/C），可根據(jù)測量溫度調(diào)整VCOM輸出電壓。

低EMI

支持420kHz/2.1MHz開關(guān)頻率，并具備擴頻功能，有效降低電磁干擾。

多功能性

• 非易失性輸出電壓設(shè)置：可對AVDD、NAVDD、VGON、VGOFF、VCOM的輸出電壓和電源順序進行非易失性設(shè)置。
• 獨立運行模式：編程后可獨立運行，滿足不同應(yīng)用需求。
• AEC - Q100 Grade 1認證：符合汽車級標準，確保在惡劣環(huán)境下的可靠性。

電氣特性

輸入電源

• IN電壓范圍為2.65V至5.5V，IN欠壓鎖定（UVLO）閾值上升為2.4V至2.57V，滯回為100mV。
• IN關(guān)斷電流在EN = GND、VIN = 3.3V、TA = + 25°C時為7至12μA，靜態(tài)電流在VEN = VIN = 3.3V且無開關(guān)操作時為1.5至2.5mA。

調(diào)節(jié)器

• V18調(diào)節(jié)器輸出電壓為1.72V至1.88V，電流限制為60mA，欠壓鎖定上升閾值為1.6V至1.7V，滯回為150mV。
• 升壓調(diào)節(jié)器HVINP輸出電壓范圍為VIN + 1V至10.5V，AVDD輸出電壓范圍為4.2V至10.5V，調(diào)節(jié)步長為0.1V。
• 反相調(diào)節(jié)器在2.1MHz開關(guān)頻率下，振蕩器最大占空比為92%至95%；在420kHz開關(guān)頻率下，為88%至90%。

電荷泵

• 正電荷泵VGON閾值為VHVINP - 0.8V，F(xiàn)C1 - 、FC2 - 開關(guān)電流限制，高端為90至120mA，低端為72至100mA。
• 負電荷泵DN電流限制為75至100mA，VGOFF電壓范圍為 - 18.2V至 - 5.6V，調(diào)節(jié)步長為0.2V。

故障保護

• 故障超時時間在tfault[1:0] = 10時為60ms，故障重試時間在tretry[1:0] = 10或11時為1.9s。
• FLTB輸出頻率在獨立模式下為0.88至1.12kHz，不同故障下的占空比不同，可用于指示故障類型。

引腳配置與功能

引腳配置

該系列產(chǎn)品采用TQFN封裝，不同型號的引腳配置略有差異。例如，MAX25220和MAX25221/B/C在部分引腳功能上有所不同，如MAX25221/B/C有VCOM、VCOMN等引腳用于VCOM緩沖器相關(guān)功能。

引腳功能

• VPROG：編程電壓引腳，在對非易失性寄存器編程時需施加8.5V電壓，正常工作時通過電阻連接到GND。
• EN：使能輸入引腳，低電平時器件處于關(guān)斷狀態(tài)，高電平時器件激活。
• ADD：設(shè)備地址選擇引腳，用于選擇I2C地址，若不使用I2C，留空該引腳可進入獨立運行模式。

工作模式與操作

上電狀態(tài)

上電時，器件處于低靜態(tài)電流模式，直到EN引腳置高。EN置高且IN引腳電壓超過欠壓鎖定電壓（2.5V）后，1.8V調(diào)節(jié)器開啟，1ms后器件開始工作。后續(xù)操作取決于器件配置和類型，不同型號在ADD引腳不同連接方式下的啟動行為有所不同。

開關(guān)頻率

通過CONFIG寄存器中的fSW位設(shè)置開關(guān)頻率，fSW為0時開關(guān)頻率為2.1MHz，fSW為1時為420kHz。還可通過en_ss位啟用擴頻功能以改善EMI性能。

獨立運行模式

當器件已編程且希望上電后以預編程值啟動時，可使用獨立運行模式。此時將ADD引腳留空，EN引腳置高后，器件將按照預編程順序開啟輸出。

I2C只讀模式

MAX25221B/C在ADD引腳連接到V18時，I2C接口進入只讀模式，只能讀取設(shè)備寄存器，不能進行寫入操作，此時設(shè)備的7位I2C地址為0x29（添加讀位后為0x53）。

電源供應(yīng)

源驅(qū)動器電源供應(yīng)

由升壓轉(zhuǎn)換器和反相降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器組成，分別提供正AVDD和負NAVDD電源。AVDD調(diào)節(jié)電壓通過I2C接口寫入AVDD_SET寄存器中的avdd[5:0]值進行設(shè)置，默認輸出電壓為6.8V。NAVDD自動緊密調(diào)節(jié)為 - AVDD，誤差在±34mV以內(nèi)。

柵極驅(qū)動器電源供應(yīng)

正柵極驅(qū)動器電源VGON是一個調(diào)節(jié)電荷泵三倍器，最大輸出電壓可達 + 20.2V；負柵極驅(qū)動器電源VGOFF最大負電壓為 - 18.2V。VGON和VGOFF的調(diào)節(jié)電壓通過I2C接口寫入相應(yīng)寄存器的值進行設(shè)置，并可存儲在非易失性寄存器中。

電源順序控制

電源的上電和下電順序由VCOM_L寄存器中的seq_set[2:0]位控制，有多種順序可供選擇。設(shè)置應(yīng)在執(zhí)行順序前寫入，且在開啟或關(guān)閉順序期間不應(yīng)更改。順序中的延遲時間由DELAY - VCOM_LSB寄存器中的delayt1、delayt2和delayt3設(shè)置決定。

VCOM緩沖器

VCOM輸出電壓編程

VCOM輸出電壓通過I2C編程設(shè)置在 - 2.49V至 + 1V之間，9位值可存儲在非易失性存儲器中。VCOM緩沖器可輸出高達±120mA的峰值電流，若輸出電壓偏離設(shè)定值超過0.25V，將檢測到VCOM故障，并在FAULT2寄存器中標記vcom_flt位。

VCOMN負電源

通過線性調(diào)節(jié)器從NAVDD電源獲得 - 3.5V的VCOM緩沖器電源，連接到VCB引腳的npn晶體管作為調(diào)節(jié)器的通晶體管，峰值輸出電流至少為120mA。

VCOM溫度補償

可使用連接到TEMP輸入的溫度敏感組件（如NTC熱敏電阻）或內(nèi)部溫度傳感器對VCOM輸出電壓進行溫度補償。通過CONFIG寄存器中的int_sensor位選擇傳感器，TEMP引腳被強制為625mV，其電流被鏡像到RREF引腳，RREF引腳的電壓輸入到內(nèi)部8位ADC。溫度補償通過設(shè)置DELAY - VCOM_LSB寄存器中的T_comp_en位啟用。

故障處理

I2C模式

在I2C模式下，若未屏蔽某些故障（如avdd_uv、navdd_uv等），將導致FLTB引腳置低。th_warn故障默認被屏蔽，需通過th_warn_mask位顯式啟用。

獨立模式

當ADD引腳留空時，F(xiàn)LTB引腳根據(jù)檢測到的故障輸出不同占空比的脈沖序列，可用于指示故障類型。若檢測到多個故障，將指示優(yōu)先級最高的故障。

欠壓故障處理

當檢測到AVDD、NAVDD、VGON或VGOFF輸出欠壓時，所有輸出將關(guān)閉，并在FAULT1寄存器中設(shè)置相應(yīng)的故障位，F(xiàn)LTB引腳置低。根據(jù)tretry[1:0]位的設(shè)置，器件可能會進行重試。

熱警告和關(guān)機

當結(jié)溫達到125°C時，設(shè)置熱警告位；當結(jié)溫達到160°C時，所有輸出立即關(guān)閉；當結(jié)溫下降15°C時，輸出將按照存儲的順序重新啟用。

非易失性存儲器

該系列產(chǎn)品包含六個一次性可編程存儲器塊，可將0x07至0x15的寄存器內(nèi)容存儲在非易失性存儲器中，對應(yīng)映射到0x17至0x25的寄存器位置。存儲過程需要在VPROG引腳施加8.5V ± 2%且能提供超過25mA電流的電壓源，通過I2C NV寫命令將數(shù)據(jù)寫入非易失性存儲器。

應(yīng)用設(shè)計要點

電感和電容選擇

• 升壓轉(zhuǎn)換器電感：2.1MHz開關(guān)頻率時使用2.2μH電感，420kHz時使用10μH電感，電感飽和電流需超過2.3A。
• 升壓輸出濾波電容：選擇低等效串聯(lián)電阻（ESR）的電容，2.1MHz開關(guān)時電容值應(yīng)不小于10μF，HVINP節(jié)點電容應(yīng)至少為AVDD電容的三倍。
• 升壓輸入濾波電容：為避免輸入電壓下降，需使用足夠的輸入電容，可使用2 x 22μF陶瓷電容與2 x 10μF陶瓷電容并聯(lián)作為起始值。
• NAVDD調(diào)節(jié)器電感：與升壓轉(zhuǎn)換器類似，2.1MHz時使用2.2μH電感，420kHz時使用10μH電感，電感飽和電流需超過2.25A。
• NAVDD輸出電容：選擇低ESR和合適電容值的電容，2.1MHz開關(guān)頻率時電容值應(yīng)不小于10μF。

VGON和VGOFF電壓設(shè)置

VGON輸出電壓通過寫入VGON寄存器中的vgon[5:0]字段設(shè)置，VGOFF電壓通過寫入VGOFF寄存器中的vgoff[5:0]字段設(shè)置。若VGON電壓需要高于三倍AVDD，可使用外部電荷泵電路。

布局考慮

• 旁路電容應(yīng)盡可能靠近器件連接，電容接地通過靠近電容端子的過孔連接到模擬接地平面。
• 器件的GND引腳通過靠近GND的過孔連接到模擬接地平面，模擬接地平面應(yīng)位于內(nèi)層，覆蓋功率轉(zhuǎn)換器關(guān)鍵信號組件下方的整個區(qū)域。
• 為開關(guān)轉(zhuǎn)換器功率電路設(shè)置功率 - 接地平面，PGND連接到最靠近的功率 - 接地平面，其他接地連接通過靠近端子的過孔連接到功率接地平面。
• 最小化所有開關(guān)節(jié)點的銅面積，減少AVDD和NAVDD轉(zhuǎn)換器的環(huán)路面積，將輸入和輸出電容接地靠近放置。
• GND、CPGND和PGND在器件的暴露焊盤處連接。

總結(jié)

MAX25220/MAX25221/MAX25221B/MAX25221C系列4通道TFT - LCD電源IC以其高度集成、低EMI、多功能等特性，為汽車TFT - LCD顯示屏提供了可靠的電源解決方案。在設(shè)計應(yīng)用時，需要根據(jù)具體需求合理選擇電感、電容等元件，并注意布局布線，以確保器件的性能和可靠性。你在實際應(yīng)用中是否遇到過類似電源IC的設(shè)計挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和想法。