MAX25520：汽车2通道TFT - LCD电源的理想之选

引言

在汽车电子领域，TFT - LCD显示屏的应用越来越广泛，从信息娱乐系统到仪表盘，都离不开稳定可靠的电源供应。Analog Devices的MAX25520就是一款专门为汽车2通道TFT - LCD设计的电源IC，它具有高集成度、低EMI等诸多优点，能满足汽车电子严苛的工作环境要求。下面我们就来详细了解一下这款产品。

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产品概述

基本功能

MAX25520是一款双输出电源IC，输入电压范围在2.65V至5.5V之间（MAX25520ATEC为4.5V - 5.5V），能够提供高达+10.5V（MAX25520ATEC为+12V）和低至 - 10.5V（MAX25520ATEC为 - 12V）的对称或不对称正、负电压。它集成了一个全集成电流模式升压转换器和一个带外部整流器的电流模式逆变器，可在420kHz或2.1MHz两种开关频率下工作，2.1MHz的开关频率有助于实现非常紧凑的双输出电源设计。

应用场景

主要应用于汽车信息娱乐显示屏、中央信息显示屏和仪表盘等。

优势与特点

• 高集成度：同步升压可提供高达10.5V/200mA（MAX25520ATEC为+12V）的正输出，逆变器输出可提供高达 - 10.5V/ - 200mA（MAX25520ATEC为 - 12V）的负输出。
• 低EMI：具备420kHz/2.1MHz开关频率，并采用了扩频技术。
• 多功能性：所有输出都有欠压诊断功能，具有完整的排序灵活性。
• 封装与温度范围：采用紧凑的3mm x 3mm TQFN封装，工作温度范围为 - 40°C至 + 125°C，符合AEC - Q100 1级标准。

关键参数与特性

绝对最大额定值

了解绝对最大额定值对于正确使用器件至关重要。例如，NAVDD到GND的电压范围是V18 - 16V至V18 + 0.3V，FLTB、FBN到GND的电压范围是 - 0.3V至6V等。超过这些额定值可能会对器件造成永久性损坏。

电气特性

• 输入电源：不同型号的输入电压范围有所不同，如MAX25520ATEA/B的输入电压范围是2.65V - 5.5V，MAX25520ATEC是4.5V - 5.5V。此外，还规定了输入欠压锁定阈值、启动延迟、关机电流和静态电流等参数。
• V18稳压器：输出电压在无负载时为1.764V - 1.836V，有欠压锁定阈值和滞后等参数。
• 振荡器：不同型号的工作频率不同，如MAX25520ATEB/C在无抖动时的开关频率为1950kHz - 2250kHz，MAX25520ATEA为390kHz - 450kHz，并且有频率抖动参数。
• 升压稳压器：HVINP和AVDD的输出电压范围因型号而异，还规定了默认输出电压、反馈调节电压、最大占空比、开关导通电阻等参数。
• 反相稳压器：INN的电压范围与输入电源类似，规定了关机电流、静态电流、最大占空比、反馈调节电压等参数。
• AVDD开关：有导通电阻和电流限制等参数。
• 故障保护：包括故障超时、重试时间、各输出的欠压故障阈值和短路故障阈值等参数。
• 逻辑输入和输出：规定了使能引脚的滤波时间、最小低电平时间、输入逻辑高和低电压、下拉电阻等参数。
• 热关断：热关断阈值为160°C，滞后为15°C。

典型工作特性

通过典型工作特性曲线，我们可以直观地了解器件在不同输入电压、温度和开关频率下的关机电源电流、静态电流、稳压器效率、负载调节和线性调节等性能。例如，在不同输入电压和开关频率下，关机电源电流和静态电流会有所变化；稳压器效率会随着负载电流的变化而变化。

引脚配置与功能

引脚配置

MAX25520采用16引脚的TQFN封装，各引脚都有其特定的功能。

引脚功能

• 使能引脚（ENN、ENP）：分别用于控制反相稳压器和升压转换器的开启和关闭。
• 故障输出引脚（FLTB）：开漏、低电平有效故障输出，用于指示故障状态。
• 反馈引脚（FBP、FBN）：分别用于设置AVDD和NAVDD的输出电压。
• 开关节点（LXP、LXN）：分别是升压转换器和反相转换器的开关节点。
• 电源和接地引脚：包括IN、INN、GND、PGND等，为器件提供电源和接地连接。

详细工作原理

输出电压编程

两个输出电压可以独立编程，也可以相互跟踪。当FBN连接到IN时，器件处于跟踪模式，NAVDD被调节为 - AVDD；否则，AVDD和NAVDD输出通过FBP和FBN反馈输入独立设置。

上电状态

当ENP或ENN引脚置高时，V18稳压器开启，相应的输出也开启；当ENN和ENP都为低电平时，器件处于低静态电流模式。如果内部1.8V稳压器超出范围，器件停止工作。

开关频率

器件有2.1MHz和420kHz两种开关频率版本，并且采用了扩频技术来改善EMI性能。

升压转换器和反相转换器

• AVDD升压转换器：是一个电流模式升压转换器，输出开关可产生高达 + 10.5V（MAX25520ATEC为 + 12V）、200mA的电压。其调节电压由连接到FBP引脚的电阻分压器设置，内部有软启动功能，可在5ms内将HVINP电压升至最终值。
• NAVDD反相转换器：是电流模式反相降压 - 升压转换器，可产生低至 - 10.5V（MAX25520ATEC为 - 12V）、 - 200mA的输出电压。其输出电压可以通过连接到IN/INN跟踪AVDD，也可以通过连接在V18、FBN和NAVDD之间的电阻设置。

故障处理

当检测到故障时，FLTB引脚置低。可能的故障包括AVDD或NAVDD欠压、短路和热关断。对于欠压故障，处理方式取决于器件是处于跟踪模式还是独立输出模式。热关断时，当结温达到165°C，两个输出立即关闭；当结温下降15°C，根据使能引脚的状态重新启用输出。

应用设计指南

电感选择

• 升压转换器电感：根据开关频率和输出电流选择电感值，如420kHz开关频率、输出电流 < 100mA时选择15μH的电感；输出电流 > 100mA时选择10μH的电感。电感的饱和电流额定值必须超过最大电流限制（升压转换器为2.3A）。
• NAVDD稳压器电感：选择方法与升压转换器电感类似，只是最大电流限制为2.25A。

电容选择

• 升压输出滤波电容：主要考虑低等效串联电阻（ESR），420kHz开关频率时电容值应不小于22μF，2.1MHz时为10μF。为避免AVDD启用时HVINP出现大幅下降，HVINP节点的电容应至少是AVDD电容的3倍。
• NAVDD输出电容：主要考虑低ESR和电容值，电容值应不小于10μF。

二极管选择

对于NAVDD外部二极管，峰值电流额定值应至少为LXN电流限制（2.25A），二极管击穿电压额定值应超过最大INN电压和NAVDD电压绝对值之和，采用肖特基二极管可提高转换器的整体效率。

电压设置

• AVDD电压设置：可以通过将FBP连接到V18设置为默认值6.8V，也可以通过连接电阻分压器来设置，计算公式为[R 1=frac{R 2 timesleft(V_{AVDD }-0.9right)}{0.9}] 。
• NAVDD电压设置：当FBN连接到IN/INN时，NAVDD电压跟踪AVDD；否则，通过连接电阻分压器设置，计算公式为[R 4=-frac{V_{NAVDD } × R 3}{1.8}] ，R3应大于4.7kΩ。

布局注意事项

在设计PCB时，要尽量减小LXP和LXN节点的面积以及开关电流回路的面积。具体布局建议包括：

• 分离电源地和模拟地，并在单点连接。
• 将反馈电阻分压器连接到模拟或“安静”地，V18和IN/INN电容也连接到该地，反馈电阻应靠近相关引脚放置，以避免噪声拾取。
• 去耦电容应尽可能靠近各自的引脚放置。
• 保持大电流路径短而宽。
• 高速开关节点（LXP、LXN）应远离敏感模拟节点（FBP、FBN等）。

典型应用电路

跟踪输出应用电路

该电路中，FBN连接到IN，NAVDD跟踪AVDD，可实现对称或不对称的正、负电压输出，适用于需要输出电压相互关联的应用场景。

独立输出应用电路

在这种电路中，AVDD和NAVDD输出独立设置，可根据具体需求灵活调整输出电压，适用于对输出电压有不同要求的应用场景。

总结

MAX25520以其高集成度、低EMI、多功能性和宽温度范围等特点，为汽车2通道TFT - LCD电源设计提供了一个优秀的解决方案。在实际应用中，工程师需要根据具体的设计要求，合理选择电感、电容、二极管等外部元件，并注意PCB布局，以确保器件的性能和稳定性。同时，通过对故障处理机制的了解，可以更好地应对可能出现的故障情况，提高系统的可靠性。大家在使用MAX25520进行设计时，有没有遇到过什么特别的问题呢？欢迎在评论区交流分享。