探索MAX1747：用于TFT LCD的高效三电荷泵DC - DC转换器

在电子设备的设计中，电源管理是一个关键环节，特别是对于TFT LCD这类对电源要求较高的设备。今天我们来深入了解一下Maxim公司的MAX1747三电荷泵TFT LCD DC - DC转换器，看看它是如何满足各种应用需求的。

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一、产品概述

MAX1747采用低外形TSSOP封装，为有源矩阵薄膜晶体管（TFT）液晶显示器（LCD）提供所需的稳压电压。它有一个高功率和两个低功率电荷泵，能将2.7V至4.5V的输入电源电压转换为三个独立的输出电压。

高功率主电荷泵

能产生4.5V至5.5V的输出电压（VOUT），调节精度在±1%以内。低功耗BiCMOS控制电路和低导通电阻（RON）功率MOSFET可实现高效率。可调开关频率（200kHz至2MHz）能提供快速瞬态响应，并允许使用小型低外形陶瓷电容器。

双低功率电荷泵

可独立调节一个正输出（VPOS）和一个负输出（VNEG）。这些额外的输出使用外部二极管和电容倍增器级来调节高达+35V和 - 35V的输出电压。

二、应用领域

MAX1747的应用范围广泛，常见于TFT有源矩阵LCD、无源矩阵显示器以及个人数字助理（PDA）等设备中。

三、引脚配置

MAX1747采用20引脚的TSSOP封装，每个引脚都有特定的功能。例如，TGND引脚必须连接到地；OUT引脚是主电荷泵的输出；CXP和CXN引脚与主电荷泵的飞跨电容相关等。正确理解引脚功能对于电路设计至关重要。

四、产品特性

可调节输出

主高功率输出最高可达+5.5V，正电荷泵输出最高可达+35V，负电荷泵输出最低可达 - 35V。

可调开关频率

200kHz至2MHz的可调开关频率，能根据不同应用需求进行灵活调整。

宽输入电源范围

输入电源范围为+2.7V至+4.5V，适应多种电源环境。

低功耗

关机电流仅为0.1µA，有助于延长电池续航时间。

内部软启动

可避免启动时的电流冲击，保护电路元件。

电源就绪输出

通过RDY引脚可指示所有输出是否就绪。

内部电源排序

确保各电荷泵按顺序启动，保证系统稳定运行。

快速瞬态响应

能快速响应负载变化，保持输出电压稳定。

超薄解决方案

采用超薄TSSOP封装（最大高度1.1mm），适合对空间要求较高的应用。

五、电气特性

输入电源相关

输入电源范围为2.7V至4.5V，输入欠压阈值约为2.2V至2.6V。输入静态电源电流和输出静态电源电流在不同条件下有相应的典型值和最大值。

开关频率

工作频率在ISHDN = 22µA时，范围为0.65MHz至1.2MHz。

主电荷泵

输出电压范围为4.5V至5.5V，最大输出电流可达200mA（CX = 0.47µF时）。FB调节电压约为1.237V至1.263V。

负低功率电荷泵

SUPN输入电源范围为2.7V至13V，静态电流和关机电流都有明确的指标。

正低功率电荷泵

SUPP输入电源范围同样为2.7V至13V，各项电气参数也有相应规定。

参考电压

参考电压在 - 2µA < IREF < 50µA时，范围为1.231V至1.269V。

六、典型工作特性

主电荷泵效率

主输出效率与负载电流相关，不同输入电压下效率曲线有所不同。一般来说，随着负载电流的增加，效率会先上升后下降。

无负载电源电流与温度

无负载电源电流随温度变化而变化，在不同温度下有不同的表现。

开关频率相关

开关频率与ISHDN电流以及温度都有关系，可通过调节ISHDN电流来设置开关频率。

低功率电荷泵效率与输出电压

负低功率和正低功率电荷泵的效率与负载电流有关，输出电压也会随负载电流变化而产生一定的波动。

七、详细工作原理

主电荷泵工作过程

在第一个半周期，MAX1747通过将飞跨电容（CX）连接在电源电压（VSUPM）和地之间对其充电，此初始充电由可变N沟道导通电阻控制。在第二个半周期，MAX1747通过将CX上的电压叠加在电源电压上来进行电平转换，将两个电压之和传输到输出电容（COUT）。

双电荷泵调节器

负电荷泵在第一个半周期，P沟道MOSFET导通，飞跨电容C5充电；第二个半周期，P沟道MOSFET关断，N沟道MOSFET导通，进行电平转换并将电荷传输到输出。正电荷泵在第一个半周期，N沟道MOSFET导通对飞跨电容C3充电；第二个半周期，N沟道MOSFET关断，P沟道MOSFET导通，进行电平转换并传输电荷。

八、频率选择与关机

SHDN引脚具有双重功能，既可以关闭设备，又可以确定振荡器频率。当SHDN引脚被拉低时，设备进入关机模式，电源电流降至20µA（最大）。通过外部电阻向SHDN引脚注入电流可激活设备，并设置振荡器的开关频率，计算公式为：RFREQ (kΩ) = 45.5 (MHz / mA) × (VON - 0.7V) / fOSC (MHz)。

九、软启动与电源上电排序

软启动

主输出电压在4096个时钟周期内达到稳定，负和正低功率电荷泵在2048个时钟周期内达到稳定，通过控制输出电压的上升速率来实现软启动。

电源上电排序

上电或退出关机状态时，先为参考电源上电，然后主电荷泵软启动上电。当主电荷泵达到标称值的90%时，负电荷泵开启；负输出电压达到约90%标称值时，正电荷泵启动；正输出电压达到90%标称值时，RDY信号变低，表示电源就绪。

十、故障检测与电源就绪指示

故障检测

当RDY信号变低后，如果任何输出低于其故障检测阈值，RDY将变为高阻抗。不同输出的故障阈值不同，如参考的故障阈值为1.05V，主电荷泵为标称值的88%等。

电源就绪

电源就绪信号是一个开漏输出，当电源上电序列正确完成时，MOSFET导通，RDY被拉低；检测到故障时，内部开漏MOSFET呈现高阻抗。

十一、设计注意事项

效率考虑

不同电荷泵的效率计算公式不同，主电荷泵效率约为VOUT / (2 × VSUPM)，负低功率电荷泵效率约为 - VNEG / (VSUPN × N)，正低功率电荷泵效率约为VPOS / [VSUPP × (N + 1)]，其中N为电荷泵级数。

输出电压选择

通过连接电压分压器来调节输出电压，可根据公式计算所需电阻值。

电容选择

飞跨电容、输出电容、输入电容和积分电容的选择都有相应的要求和计算公式，需根据具体应用进行合理选择。

整流二极管

使用肖特基二极管，电流额定值应大于平均输出电流的4倍，电压额定值对于正电荷泵为1.5倍的VSUPP，对于负电荷泵为1.5倍的VSUPN。

PCB布局与接地

精心设计PCB布局对于减少接地反弹和噪声至关重要。要将主电荷泵飞跨电容靠近CXP和CXN引脚，在电荷泵输入引脚附近放置旁路电容，保持电荷泵电路靠近IC，反馈电阻分压器靠近反馈引脚，同时要注意模拟地和功率地的连接方式。

综上所述，MAX1747是一款功能强大、特性丰富的TFT LCD DC - DC转换器，在设计相关电路时，需要充分考虑其各项特性和设计注意事项，以实现最佳的性能和稳定性。大家在实际应用中遇到过哪些与电荷泵相关的问题呢？欢迎在评论区分享交流。