有源矩陣液晶顯示器電源芯片MAX1664的特性及應用

有源矩陣液晶顯示器電源芯是美國MAXIM公司推出的一種開關電源,它具有升壓、雙路輸出鎖相等特點。文中介紹了MAX1664的引腳功能、內部結構、應用電路及其元件的選擇。

??? 關鍵詞：有源矩陣液晶顯示器 脈沖寬度調制 鎖相操作 底板驅動器 MAX1664

1 概述

MAX1664將輸出電源和有源矩陣薄膜晶體管（TFT）液晶顯示（LCD）的底板驅動電路集成在一起,其中包括一個脈沖寬度調制（PWM）的升壓轉換器,一個具有正負電壓雙輸出轉換器,一個LCD底板電源驅動器,還有一個使三個輸出與底板時鐘同步的鎖相環。MAX1664是一種開關電源,其高頻開關頻率（通常為1MHz）和鎖相操作允許使用最少和體積最小的外部元件。

MAX1664具有下列的特點：

●MAX1664提供了兩具直流—直流（DC-DC1和DC-DC2）的輸出,其中DC-DC1輸出電壓從VIN到5.5V,DC-DC2為正負電壓雙路輸出,第一路從VIN到+28V,第二路從0V到-10V（外加元件可達-20V）;MAX1664還提供一個LCD底板驅動器;

●工作電壓寬,從+2.8V到5.5V;

●負載電流可達500mA;

●DC-DC轉換器的相位被底板驅動器時鐘鎖定,因而噪聲很低;

●1mA的關機電源;

●三個輸出“就緒”（RDY）信號顯示。

2 MAX1664引腳功能

MAX1664有20個引腳,采用TSSOP封裝,只有1.1mm厚,它的引腳分布如圖1所示,各引腳的功能如表1所列。

表1 MAX1664引腳功能

3 MAX1664內部結構

MAX1664的內部結構框圖如圖2所示。主要由四部分組成,即一個脈沖寬度調制（PWM）的升壓轉換器（DC-DC1）,一個雙輸出（正負電壓）轉換器（DC-DC2）,一個底板電源驅動器,還有一個使三個輸出與底板時鐘同步的鎖相環。

3.1 DC-DC1升壓轉換器

DC-DC1使用一個電流型升壓脈沖寬度調制（PWM）裝置來產生正的可調電壓,調節范圍從3V至5.5V（不小于VIN）。這個轉換器使用一個最大接通電阻為0.5Ω的N溝道MOSFET,它的開關頻率的相位已被底板時鐘鎖定。表2描述了DC-DC升壓轉換器可能的開關頻率操作。

表2 開關頻率操作

3.2 DC-DC2雙路輸出

DC-DC2使用一個被同步和被定時的PFM裝置來提供正電壓和負電壓輸出。當開關脈沖出現時,其輸出電壓與DC-DC1同步,這樣可使轉換器的相互干擾和次諧波影響達到最小。DC-DC2外接電感的電流總是不連續的,這樣可對兩個輸出分別進行獨立調節,從而使一個輸出在另一個輸出沒有負載時具有100%的負載。

3.3 底板電源驅動器

MAX1664提供一個低阻抗的底板電源驅動器（見圖2）。它可將BPCKL信號（底板驅動器時鐘）從一種邏輯電平轉換成BPVDD電平和BPVSS電平。底板驅動器由個N溝道和一個P溝道大電流MOSFET的互補對組成。當BPCLK的電平為高或為低時,它將分別驅動BPRV變成BPVDD或BPVSS。底板驅動器的電源可以從DC-DC1的輸出,即VOUT1來獲得。

3.4 鎖相環

MAX1664內部還有一個鎖相環（PLL）,它使PWM和PFM轉換器的時鐘與底板時鐘同步,這將使噪聲和干擾達到最小。PLL是一個工作于多種頻率的裝置,它為DC-DC1和DC-DC2分別產生標稱頻率為1MHz和500kHz的時鐘。PLL通過引腳分別接IN、REF和GND（見圖2）的時鐘,這個時鐘與底板時鐘在相位檢測器中進行比較,所得到的信號再進入VCO（壓控振蕩器）,由VCO輸出鎖了相的標稱頻率為1.92MHz的時鐘信號,再經過2分頻和4分頻后分別作為DC-DC1和DC-DC2的時鐘信號。

4 應用電路及元件選擇

MAX1664的應用電路如圖3所示。

4.1 輸出電壓的選擇

三個輸出電壓和底板時鐘的直流偏壓（圖3中A點的電壓）都是可以調整的。對每個輸出電壓可以使用兩個精度為1%的電阻來調節。這些電阻,可以通過方程來計算。

a.DC-DC1輸出電壓

對于VOUT1=5V,典型值R1=100kΩ,R2=301kΩ。為了得到不同的VOUT1,可以先給出VOUT1,選擇R2=100kΩ,CFB1=50pF,再計算電阻R1,R1由下式確定：

R1=R2（VOUT1/VFB1-1） （1）

b.DC-DC2的正電壓輸出

對于VOUT2+=15V,典型值R8=49.9kΩ,R7=549kΩ。為了得到不同的VOUT2+,可先給出VOUT2+,選擇R8=49.9kΩ,而R7按下式選擇：

R7=R8（VOUT2+（VFB2+）-1） （2）

c.DC-DC2的負電壓輸出

對于負電壓輸出,FB2-的閾值電壓為0V。對于VOUT2+=-5V,典型值R5=49.9kΩ,R6=200kΩ。為了得到不同的VOUT2-,選R2=49.9kΩ,而R6為：

R6=R5‖VOUT2-/VREF‖ （3）

d.底板驅動器的直流偏壓VDCBS

對于VDCBS=VBPVDD/2,典型值R3=R4=100kΩ。為了得到VDCBS的不同值,可由選擇R4的值來計算R3,即

R3=R4[VBPVDD-VBPVSS/VDCBS-VBPVSS]-1 （4）

4.2 電感的選擇

如圖3所示,電感L1的最佳值為3.3μH。為了使工作頻率達到最高,L1的直流電阻應小于300Ω。如果L1的值較大（如4.7μH）,則能增加DC-DC1輸出電流的能力,但這將增大體積和為了環路的穩定而附加輸出濾波電容為代價。電感L2的典型值為4.7μH。在較大的輸入電壓（如5V）和低開關頻率（小于400kHz）的情況下,可以利用增加L2的值（從6.8μH到10μH）來流峰值電流。在有些情況下,可以利用減小L2的值來提高DC-DC2輸出電流的能力。對DC-DC2來說,輸出電壓、開關頻率、電感值和負載電流之間的關系是一種復雜的關系,并不是線性的。

4.3 提高輸出VOUT1

為了使VOUT1輸出電壓提高到5.5V以上,應該連接一個如圖4所示的補償電泵電路。圖中連接的電路將提供一個電壓為10V,電流為150mA的輸出。在2VIN到10V之間的其它電壓可通過適當選擇R1和R2的值來確定。C2～C4由兩個3.3μH的陶瓷電容并聯組成,這樣可以滿足貼片電路1.1mm厚度的要求。如果沒有厚度限制,可以使用容量大的電容來代替兩個并聯電容。

4.4 3.3V～-20V充泵的配置

對于要求負電壓為-20V的應用,可在VOUT2-輸出端加一個反向充電泵電路,如圖5所示。CF的典型值在0.47μF到1μF之間,COUT在4.7μF到10μF之間。作為一般準則,COUT是CF的10倍。

最后要指出的是,MAX1664是一種高功率開關電源,要特別注意供電電源電路的連接和旁路電容的連接。電路板的布線要細心操作。旁路端IN和INP之間用一只33Ω的電阻隔離（見圖3中的R9）。另外,功率元件要注意屏蔽,接地點的連線要特點小心處理,否則將影響各輸出的穩定性。圖3中的二極管D1～D3應采用高速的肖特基二極管。