MAX8727：TFT - LCD 升压 DC - DC 转换器的设计与应用

在电子设备的设计中，电源管理是至关重要的一环。对于 TFT - LCD 显示屏来说，一个高效稳定的升压 DC - DC 转换器是保证其正常工作的关键。今天，我们就来深入探讨一下 Maxim 公司的 MAX8727 升压 DC - DC 转换器。

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一、产品概述

MAX8727 是一款高性能的升压 DC - DC 转换器，专为有源矩阵薄膜晶体管（TFT）液晶显示器（LCD）提供稳压电源。它采用电流模式、固定频率、脉冲宽度调制（PWM）电路，内置 n 沟道功率 MOSFET，能实现高达 90% 的效率和快速的瞬态响应。用户可以通过逻辑输入引脚（FREQ）选择 640kHz 或 1.2MHz 的工作频率，高开关频率允许使用超小型电感器和低 ESR 陶瓷电容器。

二、产品特性

2.1 高效节能

• 高达 90% 的效率，能有效降低功耗，延长设备的电池续航时间。
• 输入电压范围为 2.6V 至 5.5V，输出电压可在 VIN 至 24V 之间调节，适应多种不同的应用场景。

2.2 灵活配置

• 可通过引脚编程选择 640kHz 或 1.2MHz 的开关频率，满足不同的设计需求。
• 可编程软启动功能，通过外部电容控制输入电流的缓慢上升，减少浪涌电流对设备的冲击。

2.3 低功耗设计

• 关机电流仅为 0.1µA，在不工作时能大大降低功耗。
• 采用 10 引脚薄型 DFN 封装，体积小巧，适合空间有限的设计。

三、电气特性

3.1 输入输出参数

• 输入电压范围：当 VOUT < 18V 时，输入电压范围为 2.6V 至 5.5V；当 18V < VOUT < 24V 时，输入电压范围为 4.0V 至 5.5V。
• 输出电压范围：最大可达 24V。

3.2 关键参数

• 欠压锁定阈值：典型滞后为 50mV，范围在 2.20V 至 2.57V 之间。
• 静态电流：在不同的工作状态下，静态电流有所不同，例如在 VFB = 1.3V 且不开关时，典型值为 0.225mA；在 VFB = 1.0V 且开关时，典型值为 2mA。

3.3 其他特性

• 误差放大器：FB 调节电压为 1.24V 标称值，输入偏置电流在 50nA 至 250nA 之间。
• 振荡器：频率可通过 FREQ 引脚选择，当 FREQ = GND 时，频率为 540kHz 至 740kHz；当 FREQ = IN 时，频率为 1000kHz 至 1500kHz。

四、典型应用电路

4.1 电路组成

典型的 MAX8727 应用电路包括输入电容、电感、整流二极管、输出电容以及反馈电阻等元件。通过合理选择这些元件的值，可以实现稳定的输出电压和良好的负载特性。

4.2 元件选择

• 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。一般来说，电感的选择需要在电路效率、电感尺寸和成本之间进行权衡。
• 输出电容选择：输出电压纹波由电容纹波和欧姆纹波组成。对于陶瓷电容，输出电压纹波通常由电容纹波主导。同时，还需要考虑输出电容的电压额定值和温度特性。
• 输入电容选择：输入电容可以减少从输入电源汲取的电流峰值，并减少对 IC 的噪声注入。在实际应用中，根据源阻抗的不同，可以适当调整输入电容的值。
• 整流二极管选择：由于 MAX8727 的高开关频率，需要选择高速整流二极管。肖特基二极管因其快速恢复时间和低正向电压而被推荐用于大多数应用。

五、设计要点

5.1 输出电压选择

通过连接一个电阻分压器从输出（VMAIN）到 GND，并将中心抽头连接到 FB 引脚，可以实现输出电压的调节。选择 R2 在 10kΩ 至 50kΩ 范围内，然后根据公式 (R1 = R2 times (frac{V{MAIN}}{V{FB}} - 1)) 计算 R1 的值。

5.2 环路补偿

为了防止输出纹波过大和效率低下，需要对电压反馈环路进行适当的补偿。通过连接一个电阻（RCOMP）和电容（CCOMP）串联从 COMP 到 GND，以及另一个电容（CCOMP2）从 COMP 到 GND 来实现。选择合适的 RCOMP、CCOMP 和 CCOMP2 值可以保证环路的稳定性和良好的瞬态响应。

5.3 软启动电容

软启动电容的大小需要根据输出电容、最大输出电压、允许的峰值浪涌电流和最大输出电流等因素来确定。确保软启动电容在输出达到稳定之前不会达到最终值，以避免过大的浪涌电流。

六、PCB 布局和接地

6.1 布局原则

• 最小化高电流环路的面积，将电感、整流二极管和输出电容靠近输入电容以及 LX 和 GND 引脚放置。
• 创建电源接地岛（PGND）和模拟接地平面（AGND），并将它们通过 GND 引脚连接到设备的暴露背面焊盘。
• 将反馈电压分压器电阻尽可能靠近 FB 引脚放置，避免反馈走线靠近 LX。
• 将 IN 引脚旁路电容尽可能靠近设备放置，并将其接地连接直接通过宽走线连接到 GND 引脚。

6.2 注意事项

• 避免在高电流路径中使用过孔，如果不可避免，应使用多个过孔并联以减少电阻和电感。
• 最小化 LX 节点的尺寸，同时保持其宽度和长度较短，并使其远离反馈节点和模拟接地。

七、总结

MAX8727 是一款功能强大、性能优越的 TFT - LCD 升压 DC - DC 转换器。通过合理的元件选择、电路设计和 PCB 布局，可以充分发挥其优势，为 TFT - LCD 显示屏提供稳定可靠的电源。在实际设计过程中，工程师们需要根据具体的应用需求和设计要求，灵活调整参数，以达到最佳的性能和效果。大家在使用 MAX8727 进行设计时，有没有遇到过什么特别的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。