MAX17103/AUO - P1721.14：TFT LCD的DC - DC转换器设计利器

在TFT LCD显示技术领域，电源管理和驱动电路的性能对显示效果起着至关重要的作用。今天要和大家分享的MAX17103/AUO - P1721.14 DC - DC转换器，集成了多种功能，能为TFT LCD应用提供全面的解决方案。

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一、产品概述

MAX17103集成了高性能升压调节器、350mA低压差线性稳压器（LDO）、高速运算放大器、负线性稳压器控制器以及高压电平转换扫描驱动器，专为TFT LCD应用优化。其输入电压范围为2.3V至5.5V，采用32引脚、5mm x 5mm的薄型QFN封装，最大厚度仅0.8mm，非常适合薄型LCD面板。

（一）应用场景

它适用于笔记本电脑显示器等设备。在笔记本电脑的TFT LCD中，需要稳定的电源和精确的驱动信号来保证显示质量，MAX17103就能很好地满足这些需求。

（二）产品特性

1. 宽输入电压范围：2.3V至5.5V的输入电压范围，能适应多种电源环境。
2. 高效升压调节器：1.2MHz电流模式升压调节器，具有快速瞬态响应，高达85%以上的效率，高精度参考（1%），集成16V、2A、200mΩ MOSFET。可通过外部电阻分压器将输出电压设置为VIN至15V，其 Duty Cycle 近似计算公式为 (D approx frac{V{MAIN }-V{IN }}{V_{MAN }})。
3. 高性能运算放大器：±200mA输出短路电流、50V/µs压摆率、12MHz -3dB带宽，可用于驱动LCD背板（VCOM）或伽马校正分压串。不过在输入电压接近其电源轨（OPAS和AGND）1V范围内，精度会显著下降。
4. 低压差线性稳压器：集成0.8Ω通流元件，能提供至少350mA电流，输出电压精度在±1%以内。
5. 高压扫描驱动器：输出可摆动至40V（最大），能快速驱动电容性负载，并且两个互补输出可通过电荷共享功能节省功耗。
6. 保护功能：具有热过载保护、过流保护、欠压锁定（UVLO）等多种保护功能，确保设备在各种异常情况下的安全运行。

二、电气特性分析

（一）输入输出特性

在 (V{IN}=+3V)、(VOPAS = +8.5V)、(T{A}=0^{circ}C) 至 +85°C的条件下，输入待机电流在不同条件下有所不同，如 (V{ENA }=0)、(V{IN }=5.5V)、(V{G H O N}=4V)、(V{G L}=0) 时为2mA；输入静态电流在不同工作状态下也有差异，如VFB = 1.3V，LX不切换时和VFB = 1.2V，LX切换时数值不同。输出方面，升压调节器输出电压范围为VIN至15V，频率在1000 - 1400kHz之间。

（二）关键参数

1. 参考电压：REF输出电压无外部负载时典型值为1.240V，负载调整率在 - 20至 + 10范围内。
2. 升压调节器：FB调节电压无负载时典型值为1.240V，FB线路调节在不同输入电压和温度条件下有相应指标，LX电流限制在特定条件下为1.6 - 2.4A。
3. 运算放大器：输入偏置电流在 (V{POS }=V{OPAS } / 2)、(T_{A}=+25^{circ}C) 时为 - 50至 + 50 ，输出电压摆幅、压摆率、带宽等都有明确的参数指标。

三、典型应用电路设计

（一）电路功能

典型应用电路（Figure 1）能为TFT显示器生成 +8.5V源驱动器电源以及约 +23V和 - 6V的栅极驱动器电源。输入电压范围为2.3V至5.5V，该电路设计为在2.5V至3.6V下运行。

（二）元件选择

1. 电感选择：电感的选择需要考虑最小电感值、峰值电流额定值和串联电阻等因素。这些因素会影响转换器的效率、最大输出负载能力、瞬态响应时间和输出电压纹波。在典型应用中，根据公式 (L=left(frac{V{I N}}{V{MAIN }}right)^{2}left(frac{V{MAIN }-V{IN }}{I{MAIN(EFF) } × f{OSC }}right)left(frac{eta_{TYP }}{LIR}right)) 计算电感值，其中LIR是电感峰 - 峰纹波电流与满载电流下平均直流电感电流的比值，一般在0.3 - 0.5之间。例如，在典型工作电路中，选择10µH的电感。
2. 输出电容选择：输出电压纹波由电容纹波 (V{RIPPLE(C)} approx frac{I{MAIN }}{C{OUT }}left(frac{V{MAIN }-V{IN }}{V{MAIN } f{OSC }}right)) 和欧姆纹波 (V{RIPPLE(ESR) } approx I{PEAK } R{ESR(COUT) }) 组成，选择时要考虑电压额定值和温度特性。
3. 输入电容选择：输入电容（C3）可减少从输入电源汲取的电流峰值和注入IC的噪声，典型应用中使用10µF陶瓷电容。
4. 整流二极管：由于MAX17103开关频率高，推荐使用肖特基二极管，一般1A肖特基二极管与内部MOSFET配合良好。
5. 输出电压选择：通过连接从输出（VMAIN）到AGND的电阻分压器，中心抽头连接到FB来调整升压调节器的输出电压，计算公式为 (R 1=R 2 timesleft(frac{V_{MAIN }}{1.24 V}-1right))。
6. LDO输出电压调整：LDO输出电压通过连接从输出（VLDOO）到AGND的电阻分压器，中心抽头连接到LDOADJ来调整，计算公式为 (R 7=R 8 timesleft(frac{V_{LDOO}}{1.24 V}-1right))。
7. 输入电压检测器：通过连接从VDETECT到AGND的电阻分压器，中心抽头连接到VDET来调整被监测电压的下降沿阈值，计算公式为 (R 5=R 6 timesleft(frac{V_{DETECT(FALLING) }}{1.1 V}-1right))，上升沿阈值与下降沿阈值相关。
8. 栅极关断线性稳压器控制器：通过连接从VVGL到REF的电阻分压器，中心抽头连接到FBN来调整负线性稳压器的输出电压，计算公式为 (R 9=frac{left|V_{V G L}right|}{1.24 V} × R 10)。

四、PCB布局和散热设计

（一）PCB布局

1. 高电流环路：将电感、输出二极管和输出电容靠近输入电容以及LX和PGND放置，减少高电流环路面积。高电流输入环路和输出环路的连接要短而宽，避免在高电流路径中使用过孔，若不可避免则使用多个过孔并联。
2. 接地设计：创建功率接地岛（PGND）和模拟接地平面（AGND），将PGND引脚直接连接到暴露的背面焊盘，两个接地平面之间不进行其他连接。
3. 反馈电阻：反馈电压分压器电阻应尽可能靠近反馈引脚，避免反馈走线靠近LX或电荷泵中的开关节点。
4. 旁路电容：IN引脚旁路电容应尽可能靠近器件，接地连接要直接且宽。
5. 输出走线：输出电容与负载之间的走线长度要短，宽度要大，以获得最佳瞬态响应。
6. LX节点：减小LX节点的尺寸，保持其宽而短，远离反馈节点和模拟接地，必要时使用直流走线作为屏蔽。

（二）散热设计

IC的最大功耗取决于从管芯到周围环境的热阻和环境温度。MAX17103通过将暴露的背面焊盘焊接到1平方英寸的PCB铜箔上，在 +70°C静止空气中可耗散约1990mW。增加PCB铜面积、降低环境温度和增加气流可提高散热能力。主要的功耗组件包括升压调节器、运算放大器、LDO和高压扫描驱动器输出。

在设计使用MAX17103/AUO - P1721.14时，电子工程师需要综合考虑以上各个方面，才能充分发挥该芯片的性能，设计出高质量的TFT LCD驱动电路。大家在实际应用中遇到过哪些问题呢？欢迎一起交流探讨。