有源矩阵液晶显示器电源芯片MAX1664的特性及应用

有源矩阵液晶显示器电源芯片MAX1664的特性及应用

有源矩阵液晶显示器电源芯是美国MAXIM公司推出的一种开关电源,它具有升压、双路输出锁相等特点。文中介绍了MAX1664的引脚功能、内部结构、应用电路及其元件的选择。

    关键词：有源矩阵液晶显示器 脉冲宽度调制 锁相操作 底板驱动器 MAX1664

1 概述

MAX1664将输出电源和有源矩阵薄膜晶体管（TFT）液晶显示（LCD）的底板驱动电路集成在一起,其中包括一个脉冲宽度调制（PWM）的升压转换器,一个具有正负电压双输出转换器,一个LCD底板电源驱动器,还有一个使三个输出与底板时钟同步的锁相环。MAX1664是一种开关电源,其高频开关频率（通常为1MHz）和锁相操作允许使用最少和体积最小的外部元件。

MAX1664具有下列的特点：

●MAX1664提供了两具直流—直流（DC-DC1和DC-DC2）的输出,其中DC-DC1输出电压从VIN到5.5V,DC-DC2为正负电压双路输出,第一路从VIN到+28V,第二路从0V到-10V（外加元件可达-20V）;MAX1664还提供一个LCD底板驱动器;

●工作电压宽,从+2.8V到5.5V;

●负载电流可达500mA;

●DC-DC转换器的相位被底板驱动器时钟锁定,因而噪声很低;

●1mA的关机电源;

●三个输出“就绪”（RDY）信号显示。

2 MAX1664引脚功能

MAX1664有20个引脚,采用TSSOP封装,只有1.1mm厚,它的引脚分布如图1所示,各引脚的功能如表1所列。

表1 MAX1664引脚功能

引  脚	名称	功    能
1	SHDN	关机输入,当SHDN为低电平时,芯片停止工作。通常该引脚接高电平或IN（脚6）
2	RDY	DC-DC1、DC-DC2和底板驱动输出“就绪”指示信号
3	FB1	DC-DC1调节器反馈输入,一般调节为1.25V
4	REF	内部参考输出,该引脚和地（GND）之间接一个0.22μF的电容
5	GND	模拟地,该引脚可连至PGND1和PGND2
6	IN	芯片的供电输入端,电源电压为+2.8V～+5.5V
7	FB2-	DC-DC2负电压输出的调节反馈输入,一般调节为0V
8	FB2+	DC-DC2正电压输出的调节反馈输入,一般调节为1.25
9	PLLC	PLL补偿,补偿网络见图3
10	BPVSS	底板驱动器负电源输入,一般连接到PGND
11	BPDRV	底板驱动器输出
12	BPVDD	底板驱动器正电源输入,一般可连接到DC-DC1的VOUT1
13	BPCLK	DC-DC2电源输入端
14	INP	DC-DC2电源输入端
15	LX2P	内部P沟道MOSFET的漏极
16	LX2N	内部N沟道MOSFET的漏极
17	PGND2	电源模块地2,连接到PGND1
18	PGND1	电源模块地1,与PGND2连接
19	LZ1	LX1内部N沟道MOSFET的漏极
20	FPLL	为了与PLL同步,此引脚用来建立输入频率范围,分别接GND、RET或IN,可得到不的输入频率,见表2

3 MAX1664内部结构

MAX1664的内部结构框图如图2所示。主要由四部分组成,即一个脉冲宽度调制（PWM）的升压转换器（DC-DC1）,一个双输出（正负电压）转换器（DC-DC2）,一个底板电源驱动器,还有一个使三个输出与底板时钟同步的锁相环。

3.1 DC-DC1升压转换器

DC-DC1使用一个电流型升压脉冲宽度调制（PWM）装置来产生正的可调电压,调节范围从3V至5.5V（不小于VIN）。这个转换器使用一个最大接通电阻为0.5Ω的N沟道MOSFET,它的开关频率的相位已被底板时钟锁定。表2描述了DC-DC升压转换器可能的开关频率操作。

表2 开关频率操作

PLL	fBPCLK(kHz)	fDC-DC1(kHz)	fDC-DC2(kHz)	fDC-DC1:fbpclk	fDC-DC1:fbpclk	N*
IN	40～72	640～1152	320～576	16:1	8:1	32
REF	72～48	640～1152	320～576	24:1	12:1	48
GND	20～36	640～1152	320～576	32:1	16:1	64

3.2 DC-DC2双路输出

DC-DC2使用一个被同步和被定时的PFM装置来提供正电压和负电压输出。当开关脉冲出现时,其输出电压与DC-DC1同步,这样可使转换器的相互干扰和次谐波影响达到最小。DC-DC2外接电感的电流总是不连续的,这样可对两个输出分别进行独立调节,从而使一个输出在另一个输出没有负载时具有100%的负载。

3.3 底板电源驱动器

MAX1664提供一个低阻抗的底板电源驱动器（见图2）。它可将BPCKL信号（底板驱动器时钟）从一种逻辑电平转换成BPVDD电平和BPVSS电平。底板驱动器由个N沟道和一个P沟道大电流MOSFET的互补对组成。当BPCLK的电平为高或为低时,它将分别驱动BPRV变成BPVDD或BPVSS。底板驱动器的电源可以从DC-DC1的输出,即VOUT1来获得。

3.4 锁相环

MAX1664内部还有一个锁相环（PLL）,它使PWM和PFM转换器的时钟与底板时钟同步,这将使噪声和干扰达到最小。PLL是一个工作于多种频率的装置,它为DC-DC1和DC-DC2分别产生标称频率为1MHz和500kHz的时钟。PLL通过引脚分别接IN、REF和GND（见图2）的时钟,这个时钟与底板时钟在相位检测器中进行比较,所得到的信号再进入VCO（压控振荡器）,由VCO输出锁了相的标称频率为1.92MHz的时钟信号,再经过2分频和4分频后分别作为DC-DC1和DC-DC2的时钟信号。

4 应用电路及元件选择

MAX1664的应用电路如图3所示。

4.1 输出电压的选择

三个输出电压和底板时钟的直流偏压（图3中A点的电压）都是可以调整的。对每个输出电压可以使用两个精度为1%的电阻来调节。这些电阻,可以通过方程来计算。

a.DC-DC1输出电压

对于VOUT1=5V,典型值R1=100kΩ,R2=301kΩ。为了得到不同的VOUT1,可以先给出VOUT1,选择R2=100kΩ,CFB1=50pF,再计算电阻R1,R1由下式确定：

R1=R2（VOUT1/VFB1-1） （1）

b.DC-DC2的正电压输出

对于VOUT2+=15V,典型值R8=49.9kΩ,R7=549kΩ。为了得到不同的VOUT2+,可先给出VOUT2+,选择R8=49.9kΩ,而R7按下式选择：

R7=R8（VOUT2+（VFB2+）-1） （2）

c.DC-DC2的负电压输出

对于负电压输出,FB2-的阈值电压为0V。对于VOUT2+=-5V,典型值R5=49.9kΩ,R6=200kΩ。为了得到不同的VOUT2-,选R2=49.9kΩ,而R6为：

R6=R5‖VOUT2-/VREF‖ （3）

d.底板驱动器的直流偏压VDCBS

对于VDCBS=VBPVDD/2,典型值R3=R4=100kΩ。为了得到VDCBS的不同值,可由选择R4的值来计算R3,即

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

4.2 电感的选择

如图3所示,电感L1的最佳值为3.3μH。为了使工作频率达到最高,L1的直流电阻应小于300Ω。如果L1的值较大（如4.7μH）,则能增加DC-DC1输出电流的能力,但这将增大体积和为了环路的稳定而附加输出滤波电容为代价。电感L2的典型值为4.7μH。在较大的输入电压（如5V）和低开关频率（小于400kHz）的情况下,可以利用增加L2的值（从6.8μH到10μH）来流峰值电流。在有些情况下,可以利用减小L2的值来提高DC-DC2输出电流的能力。对DC-DC2来说,输出电压、开关频率、电感值和负载电流之间的关系是一种复杂的关系,并不是线性的。

4.3 提高输出VOUT1

为了使VOUT1输出电压提高到5.5V以上,应该连接一个如图4所示的补偿电泵电路。图中连接的电路将提供一个电压为10V,电流为150mA的输出。在2VIN到10V之间的其它电压可通过适当选择R1和R2的值来确定。C2～C4由两个3.3μH的陶瓷电容并联组成,这样可以满足贴片电路1.1mm厚度的要求。如果没有厚度限制,可以使用容量大的电容来代替两个并联电容。

4.4 3.3V～-20V充泵的配置

对于要求负电压为-20V的应用,可在VOUT2-输出端加一个反向充电泵电路,如图5所示。CF的典型值在0.47μF到1μF之间,COUT在4.7μF到10μF之间。作为一般准则,COUT是CF的10倍。

最后要指出的是,MAX1664是一种高功率开关电源,要特别注意供电电源电路的连接和旁路电容的连接。电路板的布线要细心操作。旁路端IN和INP之间用一只33Ω的电阻隔离（见图3中的R9）。另外,功率元件要注意屏蔽,接地点的连线要特点小心处理,否则将影响各输出的稳定性。图3中的二极管D1～D3应采用高速的肖特基二极管。