SGM3810：助力TFT LCD的双输出电源Boost WLED驱动芯片

在电子设备的世界里，显示技术的发展日新月异，TFT LCD作为主流显示技术之一，对其背后的驱动芯片提出了更高的要求。SGM3810便是一款专为TFT LCD设计的集成式Boost模式WLED驱动芯片，具备单电感双输出（SIDO）拓扑的LCD偏置电源，下面就为大家详细介绍这款芯片。

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一、芯片概述

SGM3810集成了异步Boost WLED驱动器，具有高效率、低EMI和高输出电压的特点。其内置的32V、1.6A内部FET，能以1.25MHz的开关频率工作，强大的驱动能力可驱动单条或多条并联LED串，适用于智能手机背光源和平板电脑背光源等LED驱动应用。

芯片通过外部电流检测电阻 (R_{SET}) 对最大LED电流进行编程，并通过 (I^{2}C) 接口调节LEDFB引脚电压 (V{FB})（以200mV的百分比形式）来设置LED电流。同时，它利用单电感双输出转换器生成正负精密调节的电压电源，输出电压在4.0V - 6.4V和 -4.0V - -6.4V范围内以100mV为步进可编程，适用于LCD显示器驱动以及其他需要不同负载的双轨电路。芯片输入电压范围为2.5V - 5.5V，在升压 - 反相器模式下优化负载为100mA，也可在降压 - 反相器模式下工作。此外，它还具备完善的保护功能，如开路LED保护、过流/过压保护和热关断保护。

二、芯片特性

（一）WLED驱动特性

• 异步Boost拓扑：采用异步Boost拓扑结构，为LED驱动提供稳定的电源。
• 12位调光控制分辨率：可实现精细的调光控制，满足不同场景下的亮度需求。
• 集成32V、1.6A电流限制MOSFET：确保在高电压和大电流情况下的稳定工作。
• 32V开路LED保护：可对串联的10个LED进行开路保护，增强了系统的可靠性。
• 最高90%的效率：有效降低功耗，提高能源利用率。
• 1.25MHz开关频率：高频开关有助于减小外部元件的尺寸。

（二）LCD偏置特性

• 单电感实现正负输出：独特的单电感设计，在实现正负输出的同时，节省了电路板空间。
• 正负输出可编程：正输出在4.0V - 6.4V范围内可编程，负输出在 -4.0V - -6.4V范围内可编程，且在 (V_{IN }> 3.0V) 时，(VVPO) 和 (VVNO) 可提供120mA的输出电流。
• 1%的输出电压精度：保证了输出电压的稳定性和准确性。
• 1.2MHz开关频率：与WLED驱动的开关频率不同，可减少相互干扰。
• 可配置的主动放电功能：方便在关机时对输出进行放电。

（三）其他特性

• (I^{2}C) 接口：采用1.2V逻辑的 (I^{2}C) 接口，便于与其他设备进行通信和控制。
• 欠压锁定（UVLO）：当输入电压低于设定阈值时，芯片自动锁定，防止异常工作。
• 过温保护（OTP）：当芯片温度过高时，自动进入热关断状态，保护芯片不受损坏。
• 短路保护（SCP）：在输出短路时，及时保护芯片，避免损坏。
• 绿色WLCSP - 1.1×1.75 - 15B封装：符合环保要求，且封装尺寸小，适合小型化设备。

三、应用领域

SGM3810适用于智能手机、平板电脑和PAD等设备，为这些设备的TFT LCD提供稳定的背光和偏置电源。

四、电气特性

（一）输入电压和电流

输入电压范围为2.5V - 5.5V，在不同工作状态下，芯片的电流消耗有所不同。无负载时，电源电流在0.3 - 0.5mA之间；关机状态下，电流仅为0.3 - 1.0μA。

（二）WLED驱动参数

开关频率为1.1 - 1.4MHz，最大Boost占空比为93.2% - 94.5%，开关MOSFET电流限制为1.05 - 2.2A，N沟道MOSFET导通电阻为0.35Ω，输出过压阈值为31.5 - 33V。

（三）SIDO偏置转换器参数

开关频率为1.05 - 1.35MHz，电感峰值电流为1.3 - 1.9A，正输出电压范围为4.0 - 6.4V，负输出电压范围为 -6.4 - -4.0V，输出电流能力在 (V_{IN}=3.0V) 时可达120mA，输出电压精度在±45 - ±50mV之间，输出纹波和负载调节性能良好。

（四）数字接口和热关断参数

(I^{2}C) 时钟频率为10 - 1000kHz，低电平输入电压为0.36V，高电平输入电压为0.8V。热关断阈值为150℃，热关断迟滞为20℃。

五、典型应用与元件选择

（一）典型应用电路

文档中给出了SGM3810的典型应用电路，包括输入电容、电感、二极管和输出电容等元件的连接方式。通过合理选择这些元件，可以优化芯片的性能。

（二）元件选择建议

• 电容：推荐使用X5R、X7R等低损耗的陶瓷电容，如CIN1选用22μF、16V、0603规格的电容，CIN2、CPO、CVPO和CVNO选用10μF、16V、0603规格的电容，CLED+选用1μF、50V、0402规格的电容。
• 电感：L1推荐使用10μH的电感，L2推荐使用4.7μH的电感。
• 二极管：建议选用具有低正向电压、快速反向恢复速度和低结电容的肖特基二极管，如NXP的PMEG4010EH。

六、功能详细解析

（一）使能与软启动

SGM3810通过逻辑电平输入HWEN来控制芯片的使能和禁用。当HWEN为低且输入电压高于UVLO上升阈值时，芯片处于禁用状态；当HWEN为高时，芯片启用，允许进行 (I^{2}C) 写入操作。芯片还集成了软启动功能，通过限制GM/EA放大器的输出电压，确保Boost转换器和SIDO转换器的输出电压缓慢上升，避免浪涌电流。

（二）开路LED保护

在LED或 (R_{SET}) 断开时，开路LED保护功能会关闭WLED驱动器，防止芯片损坏。芯片会在每个开关周期监测LEDSW引脚的电压，当该电压连续8个周期超过 (V{ovP}) 阈值时，关闭开关FET并关闭WLED驱动器。

（三）WLED驱动器关机

将WLED_EN位设置为0时，WLED驱动器进入关机模式，内部开关FET停止工作，芯片处于低损耗状态。同时，LED阵列的最小正向电压应高于最大输入电压，以避免直流电流路径导致LED阵列异常工作。

（四）WLED电流编程

通过外部电流检测电阻 (R{SET}) 和 (I^{2}C) 接口，可以对LED电流进行编程。LED电流计算公式为 (LED =frac{V{FB}}{R{SET}})，其中 (V{FB}) 由内部参考电压 (V_{REF_LED}) 决定，最大为200mV。

（五）LCD偏置VPO和VNO

芯片提供正负两个独立的电源轨，用于为TFT LCD显示器供电。采用独特的SIDO控制方案，可抑制两轨之间的负载交叉干扰。输出电压可通过 (V_{POSET}[4:0]) 和 (V{NO_SET}[4:0]) 位进行编程，关机时可对VPO和VNO进行放电，放电功能可通过写入DISP和DISN位进行控制。

（六）故障标志

SGM3810会监测故障事件，并在故障标志寄存器中指示，如WLED过压、VPO短路、VNO短路、VPO过压、VNO过压和热关断等。

（七）欠压锁定和过流保护

芯片集成了欠压锁定功能，当VIN引脚电压超过UVLO上升阈值时，芯片启用；当VIN电压低于UVLO下降阈值时，芯片禁用。同时，芯片还具备过流保护功能，通过监测电感电流，当电流超过限制时，关闭充电开关，使电感放电。

（八）LCD偏置短路保护

当VPO或VNO输出短路到地时，SIDO转换器的电流限制会降低到750mA。若出现VPO或VNO输出未调节、输出电压偏离设定值等情况，转换器会关闭。

（九）EMI和声学干扰

为了减少芯片工作时的EMI，可在输入电源路径中插入铁氧体磁珠，并确保线路路径短而直接。

七、I2C串行接口与数据通信

SGM3810采用标准的 (I^{2}C) 接口进行参数编程和状态报告。 (I^{2}C) 是一种两线串行通信接口，可实现主设备与从设备之间的双向通信。芯片作为从设备，地址为0x36，具有六个8位寄存器。

（一）物理层

总线线路通过上拉电阻拉高，空闲时处于逻辑高电平状态。SDA引脚为开漏输出，芯片不支持通用调用。

（二）数据通信

• 起始和停止条件：主设备在总线空闲时通过产生起始条件控制总线，数据传输完成后通过产生停止条件释放总线。
• 数据位传输和有效性：数据位在时钟高电平期间必须保持稳定，SDA状态只能在时钟低电平时改变。
• 字节格式：数据以8位数据包的形式传输，每个数据包后跟随一个确认位，用于告知发送方接收方是否准备好接收下一个字节。
• 确认和非确认：接收方在每个字节传输后回复确认位，告知发送方是否继续传输数据。
• 数据方向位和寻址从设备：主设备发送的第一个字节包含目标从设备地址和数据方向位（R/W），用于指示读写操作。

（三）多读写操作

SGM3810支持多读写操作，在多写操作中，主设备发送的每个新数据字节会写入设备的下一个寄存器；在多读操作中，主设备接收第一个寄存器数据后，通过回复确认位请求从设备发送下一个寄存器数据。

八、寄存器映射

SGM3810的寄存器均为8位，包括VPO_SET、VNO_SET、VREF_LB、VREF_HB、ENABLE和FLAG等寄存器，用于设置输出电压、亮度调光、使能控制和故障标志等。

九、应用信息与布局考虑

（一）布局考虑

在设计SGM3810的电路板布局时，需要注意以下几点：

• 减小开关节点面积：开关引脚（LED_SW、SWP和SWN）承载高电流且上升和下降沿较快，应尽量减小开关节点的面积，以降低EMI。
• 缩短电流路径：高电流路径应尽可能宽且短，以减少线路上的电压降和热损耗。
• 合理放置电容：输入电容CIN1和CIN2应靠近VIN引脚和PGND引脚，输出电容CVPO和CVNO应靠近VPO和VNO引脚，以减少寄生参数的影响。
• 优化信号接地：信号接地应使用短走线，并与电源接地走线分开，在靠近PGND引脚处单点连接。

（二）布局示例

文档中给出了SGM3810的PCB布局示例，包括顶层和底层的布局图，为实际设计提供了参考。

十、总结

SGM3810是一款功能强大的TFT LCD偏置电源和WLED驱动芯片，具有高效率、低EMI、高输出电压和完善的保护功能等特点。通过合理选择元件和优化布局，可以充分发挥芯片的性能，为TFT LCD显示设备提供稳定可靠的电源解决方案。在实际应用中，电子工程师需要根据具体需求，深入理解芯片的特性和工作原理，灵活运用芯片的各项功能，以实现最佳的设计效果。大家在使用SGM3810的过程中，是否遇到过一些独特的问题或有一些巧妙的应用技巧呢？欢迎在评论区分享交流。