MAX25222：汽车4通道TFT-LCD电源解决方案

MAX25222/MAX25222C：汽车4通道TFT-LCD电源解决方案

在汽车电子领域，TFT-LCD显示屏的应用越来越广泛，对其电源供应的要求也日益严苛。今天我们就来深入探讨Analog Devices推出的MAX25222/MAX25222C这两款汽车4通道TFT-LCD电源IC，看看它们是如何满足复杂的电源需求的。

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一、产品概述

MAX25222/MAX25222C是专门为汽车TFT-LCD设计的4通道电源IC。它能提供对称的正AVDD和负NAVDD电源，以及(V{GON})和(V{GOFF})栅极电源。此外，还集成了一个输出电压范围在接地上下的VCOM缓冲器和一个温度测量模块。

这款IC的一大亮点是内置了非易失性存储器，允许在设备的整个生命周期内（最多5次）对所有输出值进行校准。通过内置的I²C接口进行编程，还能读取诊断信息。在完成编程后，它还支持独立工作模式。

二、产品特性与优势

（一）高度集成

• 电源输出丰富：同步升压转换器可提供4.2V至10.5V的AVDD，最大电流可达200mA；NAVDD逆变器输出最大电流可达 -200mA；通过3倍压调节电荷泵可提供7.6V至20.2V的15mA (V{GON})输出；调节电荷泵（电荷泵倍增器）可提供 -18.2V至 -5.6V的(V{GOFF})，最大电流可达 -15mA。
• 电源时序控制：在所有电源轨的上电和下电过程中，能实现受控的时序控制，确保系统稳定运行。
• VCOM输出灵活：VCOM输出范围为 +1V至 -2.49V，步长为6.83mV，可满足不同的显示需求。
• 温度测量与补偿：具备NTC输入，可进行温度测量和补偿，保证显示效果不受温度影响。

（二）低EMI特性

采用420kHz/2.1MHz开关频率，并支持扩频功能，有效降低电磁干扰，提高系统的电磁兼容性。

（三）多功能诊断

• 全面的诊断功能：具备I²C控制/诊断接口和FLTB（中断）输出，可对所有输出进行欠压（UV）和过压（OV）诊断，还能检测带隙参考范围、FLTB引脚卡住、通信奇偶校验以及VCOM DAC故障等。
• 满足ASIL B安全等级：包含广泛的诊断功能，有助于满足ASIL B安全等级要求，提高系统的安全性。

（四）灵活的操作模式

• 非易失性输出电压设置：可对AVDD/NAVDD、(V{GON})、(V{GOFF})、VCOM和时序进行非易失性输出电压设置。
• 支持独立工作模式：编程完成后，可在独立模式下运行，无需持续的外部控制。
• 紧凑的封装：采用5mm x 5mm TQFN32封装，节省电路板空间。
• 汽车级认证：符合AEC-Q100 Grade 1标准，适用于汽车应用环境。

三、电气特性详解

（一）输入电源

IN电压范围为2.65V至5.5V，具有欠压锁定（UVLO）功能，阈值为2.4V至2.57V，滞回为100mV。在关机状态下，IN的关机电流仅为7至12μA，静态电流为1.5至2.5mA。

（二）V18稳压器

输出电压为1.72V至1.88V，电流限制为60mA，具有欠压锁定功能，阈值为1.6V至1.7V，滞回为150mV。

（三）振荡器

开关频率可通过fSW位设置，当fSW = 0时，开关频率为2.1MHz；当fSW = 1时，开关频率为420kHz。还支持频率抖动功能，抖动范围为±6%。

（四）升压调节器

HVINP输出电压范围为VIN + 1V至10.5V，AVDD输出电压范围为4.2V至10.5V，调节步长为0.1V。在不同开关频率下，具有不同的效率和最大占空比。

（五）反相调节器

振荡器最大占空比在2.1MHz开关频率下为92%至95%，在420kHz开关频率下为88%至90%。NAVDD输出电压与AVDD紧密调节，偏差在±34mV以内。

（六）正电荷泵调节器

(V{GON})阈值为VHVINP - 0.8V，FC1 - 、FC2 - 开关具有电流限制功能，不同侧的电流限制不同。(V{GON})电压范围为7.6V至20.2V，调节步长为0.2V。

（七）负电荷泵调节器

DN电流限制为75至100mA，(V_{GOFF})电压范围为 -18.2V至 -5.6V，调节步长为0.2V。

（八）故障保护

具备多种故障保护功能，如欠压、过压、短路等故障检测。故障发生时，会根据设置进行重试或关闭输出，以保护设备安全。

四、引脚配置与功能

MAX25222/MAX25222C采用32引脚TQFN封装，各引脚功能明确：

• 编程引脚：VPROG用于非易失性寄存器编程，正常工作时通过电阻连接到GND。
• 电源输入引脚：IN和INN为电源输入，需连接适当的电容进行滤波。
• 输出引脚：AVDD、NAVDD、(V{GON})、(V{GOFF})和VCOM等为电源输出引脚，需连接相应的电容进行滤波和储能。
• 控制与通信引脚：EN为使能引脚，ADD为设备地址选择引脚，SDA和SCL为I²C通信引脚，FLTB为故障输出引脚。

五、工作模式与操作

（一）上电状态

上电时，设备处于低静态电流模式，直到EN引脚置高。EN置高且IN引脚电压超过2.5V时，1.8V稳压器开启，设备在1ms延迟后开始工作。后续操作取决于设备配置和类型。

（二）开关频率设置

通过CONFIG寄存器中的fSW位设置开关频率，同时可通过en_ss位启用扩频功能，改善EMI性能。

（三）独立工作模式

将ADD引脚悬空，设备在编程完成后，上电且EN引脚置高时，将以预编程的值启动。

（四）I²C只读模式

当ADD引脚连接到V18时，MAX25222C的I²C接口处于只读模式，只能读取设备寄存器，不能进行写入操作。

六、电源供应与时序控制

（一）源驱动器电源供应

源驱动器电源由升压转换器和反相降压 - 升压转换器组成，分别提供正AVDD和负NAVDD电源，最大输出电压分别为 +10.5V和 -10.5V，最大电流分别为200mA和 -200mA。AVDD电压可通过I²C接口编程设置，默认值为6.8V，NAVDD电压与AVDD紧密调节。

（二）栅极驱动器电源供应

正栅极驱动器电源(V{GON})为调节电荷泵三倍压器，最大输出电压为 +20.2V；负栅极驱动器电源(V{GOFF})最大输出电压为 -18.2V，需要外部二极管和电容。(V{GON})和(V{GOFF})的调节电压可通过I²C接口编程设置，并可存储在非易失性寄存器中。

（三）时序控制

电源的上电和下电时序由VCOM_L寄存器中的seq_set[2:0]位控制，可选择8种不同的时序选项。时序设置应在执行前写入，且在开关过程中不得更改。

七、VCOM缓冲器与温度补偿

（一）VCOM缓冲器

VCOM输出电压可通过I²C编程设置，范围为 -2.49V至 +1V，9位值可存储在非易失性存储器中。VCOM缓冲器可输出峰值电流达±120mA，若输出电压偏离设定值超过0.25V，将检测到VCOM故障。

（二）VCOM温度补偿

可通过连接到TEMP输入的温度敏感元件（如NTC热敏电阻）或内部温度传感器对VCOM输出电压进行温度补偿。通过CONFIG寄存器中的int_sensor位选择传感器，TEMP引脚被强制为625mV，RREF引脚的电压被输入到内部8位ADC进行测量。

八、故障处理与NV存储器

（一）故障处理

在I²C模式下，多种故障会导致FLTB引脚置低；在独立模式下，FLTB引脚输出不同占空比的脉冲序列，指示不同的故障类型。对于欠压、过压和短路等故障，设备会根据设置进行重试或关闭输出。

（二）NV存储器

MAX25222/MAX25222C包含六个一次性可编程存储器块，可将0x07至0x15的寄存器内容存储到非易失性存储器中（对应0x17至0x25寄存器位置）。存储过程需要在VPROG引脚施加8.5V ±2%的电压，并通过I²C NV写入命令执行。

九、应用信息与设计建议

（一）升压转换器设计

• 电感选择：在2.1MHz开关频率下使用2.2μH电感，在420kHz开关频率下使用10μH电感，电感饱和电流应超过2.3A。
• 输出滤波电容选择：选择低等效串联电阻（ESR）的电容，电容值应不小于10μF，以减小输出电压的高频纹波。
• 输入滤波电容选择：确保足够的输入电容，以避免AVDD或NAVDD输出瞬变时输入电压下降。

（二）NAVDD反相调节器设计

• 电感选择：与升压转换器类似，根据开关频率选择合适的电感，电感饱和电流应超过2.25A。
• 外部二极管选择：选择峰值电流额定值至少为LXN电流限制（ILIMNH）的二极管，二极管击穿电压应超过最大INN电压和NAVDD电压绝对值之和。
• 输出滤波电容选择：选择低ESR和合适电容值的电容，以减小NAVDD输出的电压纹波。

（三）布局考虑

在设计电路板布局时，应注意以下几点：

• 旁路电容尽量靠近设备引脚，并通过过孔连接到模拟接地平面。
• 设备的GND引脚通过过孔连接到模拟接地平面，模拟接地平面应覆盖功率转换器关键信号组件下方的整个区域。
• 为开关转换器功率电路设置功率接地平面，将PGND连接到最近的功率接地平面。
• 最小化所有开关节点的铜面积，减小AVDD和NAVDD转换器的环路面积。
• 将GND、CPGND和PGND连接到设备的裸露焊盘。

十、总结

MAX25222/MAX25222C是一款功能强大、高度集成的汽车4通道TFT-LCD电源IC，具有丰富的电源输出、低EMI特性、全面的诊断功能和灵活的操作模式。在设计汽车TFT-LCD电源系统时，合理选择和使用这款IC，结合正确的电路设计和布局考虑，能够有效提高系统的性能和可靠性。大家在实际应用中，是否遇到过类似电源IC的使用问题呢？欢迎在评论区分享交流。