探索MAX8728：为LCD显示器和电视量身打造的低成本多输出电源

在电子设备日新月异的今天，LCD显示器和电视的性能不断提升，对电源的要求也越发严苛。MAX8728作为一款专为TFT LCD面板设计的多输出电源，凭借其出色的性能和丰富的功能，成为了众多工程师的首选。今天，我们就来深入了解一下这款电源芯片。

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一、产品概述

MAX8728能够为电视和显示器中的TFT LCD面板生成所需的所有电源轨。它集成了降压和升压调节器、正负电荷泵以及双模逻辑控制的高压开关控制模块。该芯片的输入电压范围为7V至13.2V，尤其针对直接由12V电源供电的LCD TV面板和LCD显示器应用进行了优化。

二、产品特性

1. 输入电压与频率选择

• 输入电压范围广：支持7V至13.2V的输入电压，能适应多种电源环境。
• 可选频率：提供500kHz、1MHz和1.5MHz三种可选频率，工程师可以根据具体应用需求进行灵活选择。高频（1.5MHz）操作可优化应用，使组件尺寸最小化，但会因较高的开关损耗而牺牲一些效率；低频（500kHz）操作则能提供最佳的整体效率，但会占用更多的组件尺寸和电路板空间。

2. 调节器性能

• 降压调节器：采用内部n沟道MOSFET和电流模式控制架构，输出精度可达1.5%，具有快速的负载瞬态响应和易于补偿的特点。同时，还具备软启动和故障保护功能，能有效限制启动时的浪涌电流。
• 升压调节器：同样采用电流模式控制架构，输出精度为1%，输出电压范围从输入电压到17V。内置数字软启动功能，可减少外部组件数量并控制浪涌电流。
• 正负电荷泵调节器：可提供TFT栅极驱动器所需的正负电源电压，输出电压可通过外部电阻分压器进行调节。

3. 其他特性

• 180°异相开关：降压和升压调节器的开关操作相差180°，可有效降低输入纹波，减少对输入电容的需求。
• 真正关断功能：当处于关断状态时，输出电压降为零。
• 逻辑控制的高压开关：具备明确的上电和下电序列，可确保系统的稳定运行。
• 热过载保护：当结温超过160°C时，会自动关闭除参考电压外的所有输出，待温度降低约15°C后自动重启，保护芯片免受过热损坏。

三、引脚说明

MAX8728采用32引脚TQFN封装，每个引脚都有其特定的功能。例如，GND1是降压调节器和负电荷泵的电源地；OUT1是降压调节器的输出感测输入；DRVN是负电荷泵调节器的驱动输出等。在设计电路时，需要根据引脚功能进行合理的连接和布局。

四、典型应用电路

典型应用电路（图1）展示了MAX8728如何为TFT LCD面板提供完整的电源系统。该电路能从12V ±10%的输入电源中生成+3.3V逻辑电源、+13.5V源驱动器电源、+28V正栅极驱动器电源和 -6V负栅极驱动器电源，并以1.5MHz的频率运行。

1. 组件选择

• 电感：降压调节器选用6.4µH、1.5ADC的电感（Sumida CDRH6D12 - 6R4），升压调节器选用2.6µH、2.6ADC的电感（Sumida CDRH6D12 - 2R6）。电感的选择需要综合考虑电感值、峰值电流和直流电阻等参数，以平衡尺寸、成本和效率。
• 电容：输入和输出电容大多选用陶瓷电容，如10µF ±20%、16V X5R陶瓷电容（TDK C3216X5R1C106M）。电容的选择要根据输入纹波电流要求、电压额定值以及输出纹波和瞬态响应的需求来确定。
• 二极管：推荐使用肖特基二极管，如3A、30V肖特基二极管（Toshiba CMS02）和220mA、100V双二极管（Fairchild MMBD4148SE），以满足芯片的高开关频率要求。

2. 电路设计要点

• 布局：在PCB布局时，要尽量减小高电流回路的面积，将每个DC - DC转换器的电感、二极管和输出电容靠近其输入电容和相应的引脚放置。同时，要创建独立的电源地岛和模拟地平面，并将它们连接到芯片的外露焊盘，以提高效率、降低输出电压纹波和噪声尖峰。
• 反馈电阻：将所有反馈分压器电阻尽可能靠近各自的反馈引脚放置，避免反馈走线靠近LX1、LX2、DRVP或DRVN等节点，以防止拾取开关噪声。

五、设计步骤

1. 降压调节器设计

• 电感选择：根据输出电压、输入电压、开关频率和最大负载电流等参数计算电感值。一般来说，电感值的选择需要在尺寸、成本和效率之间进行权衡。同时，要确保电感的饱和电流和直流电阻满足要求。
• 输入电容选择：输入电容的选择主要根据输入纹波电流要求和电压额定值来确定。陶瓷电容因其高纹波电流和浪涌电流能力而被广泛使用。
• 输出电容选择：输出电容和等效串联电阻（ESR）会影响调节器的输出纹波电压和瞬态响应。需要根据纹波电压和负载瞬态要求来确定输出电容和ESR的大小。
• 整流二极管选择：由于MAX8728的高开关频率，推荐使用肖特基二极管作为整流二极管，以获得快速的恢复时间和低正向电压。
• 输出电压选择：通过连接电阻分压器来调整输出电压，选择合适的电阻值并添加小电容以减少噪声敏感性。

2. 升压调节器设计

• 电感选择：考虑电感值、峰值电流额定值和串联电阻等因素，根据最大输出电流、输入电压、输出电压和开关频率等参数计算电感值。选择合适的电感可以在电路效率、电感尺寸和成本之间找到最佳平衡点。
• 输出电容选择：输出电压纹波由电容纹波和ESR纹波组成，需要根据电压额定值和温度特性选择合适的输出电容。
• 输入电容选择：输入电容可减少从输入电源汲取的电流峰值和注入IC的噪声。实际应用中，可根据源阻抗情况适当降低输入电容的值。
• 整流二极管选择：同样推荐使用肖特基二极管，以配合内部MOSFET的工作。
• 输出电压选择：通过连接电阻分压器到FB2来调整输出电压，选择合适的电阻值并将其靠近IC放置。
• 环路补偿：选择合适的RCOMP和CCOMP来设置高频积分器增益和积分器零点，以实现稳定的性能和良好的瞬态响应。

3. 电荷泵调节器设计

• 电荷泵级数选择：为了获得最高效率，应选择满足输出要求的最低电荷泵级数。根据输出电压、输出电流、电源电压和二极管正向电压降等参数计算正、负电荷泵的级数。
• 飞电容选择：增加飞电容的值可以降低有效源阻抗并提高输出电流能力，但过大的电容对输出电流能力的提升效果有限。一般选择0.1µF陶瓷电容，特殊情况下需要根据具体要求进行调整。
• 电荷泵输出电容选择：减小飞电容和增加输出电容可以降低输出纹波并改善瞬态响应。通过相应的公式可以近似计算输出纹波。
• 输出电压选择：通过连接电阻分压器到FBP和FBN来调整正、负电荷泵调节器的输出电压，选择合适的电阻值并添加小电容以减少脉冲分组和输出噪声。

六、总结

MAX8728是一款功能强大、性能出色的多输出电源芯片，适用于LCD显示器和电视等应用。它提供了丰富的功能和灵活的设计选项，能够满足不同用户的需求。在设计过程中，需要根据具体应用要求合理选择组件和进行电路布局，以确保系统的稳定性和可靠性。你在使用MAX8728或类似电源芯片时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。