2通道TFT偏置满足汽车LTPS显示需求

随着TFT-LCD显示器在汽车中变得越来越普遍，尺寸和分辨率成为汽车行业更加关注的问题。在本设计方案中，我们重点介绍MAX25520 2通道TFT-LCD电源如何解决显示模块面临的一些常见设计挑战。首先，它为更大的显示器提供更高的电流。此外，我们还展示了IC的高集成度和同步升压转换器如何协同工作，以降低BOM成本并简化实施。

介绍

现代汽车包含许多显示器，从仪表盘中的实现到中控台触摸屏、后座娱乐系统等。庞大的汽车显示市场由TFT-LCD技术主导，而OLED可能在未来发挥重要作用。在这种竞争激烈的环境中，TFT-LCD具有高电流和精度需求。

典型的TFT-LCD显示系统

图2显示了典型汽车显示器的简化框图。显示器通过多个电源轨接收电源，通过千兆多媒体串行链路（GMSL）接收视频信号，将串行LVDS数据转换为RGB格式的并行接口。高压降压转换器提供主 5V 或 3.3V 电源轨，为其余低压电路供电，而高压 LDO 则为 MCU 提供始终接通的电源。随着TFT-LCD尺寸和分辨率的增加，需要单独的TFT偏置来为源驱动器供电。

图2.TFT-LCD显示屏简单的框图。

TFT偏置子系统

图3给出了使用TFT偏置器件（如MAX25520）时的详细TFT偏置框图电路。MAX25520解决了显示模块面临的一些常见设计挑战。首先，它为更大的显示器提供更高的电流。此外，高集成度和同步升压转换器协同工作，可降低BOM成本并简化实施。MAX25520提供2.1MHz开关和鲁棒扩频，可降低电磁干扰，从而继续超越竞争对手。最后，MAX25520（图4）提供AVDD正和负源电压。双极性 AVDD 源电压电源通常与更高性能的面板相关联，例如低温多晶硅 （LTPS） 面板。

图3.TFT偏置详细框图。

设计示例

图4.MAX25520应用电路

 

设计参数	价值
输入电压范围	3.3V±5%
升压输出电压/电流	6V/200毫安
逆变器输出电压/电流	-6V/-200毫安
开关频率	2.1兆赫

参考	价值	描述
中信	2x10毫频	电容器， 陶瓷， 6V， X7R
L1	2.2毫高	电感， +20%， 2.3A
L2	4.7毫高	电感， +20%， 2.3A
切文普	11毫克	电容器， 陶瓷， 10V， X7R
卡维德	0毫克	电容器， 陶瓷， 10V， X7R
中国国际农业发展委员会	11毫克	电容器， 陶瓷， 10V， X7R
R1	68kO	电阻， 1%， 0.1W
R2	12kO	电阻， 1%， 0.1W
美国国际开发署	肖特基	二极管，2.25A 峰值电流

 

详细设计程序

选择合适的组件类型和值可确保最佳的设备运行，并允许实现最高效率和最低的 niose 操作。以下部分介绍如何根据图4所示的应用电路示例选择关键设计元件。

输出电压选择

MAX25520包括带输出开关的电流模式升压转换器，可产生高达+10.5V的输出（+MAX25520ATEC为12V）和高达200mA的输出。升压转换器的调节电压 （AVDD） 由 AVDD 和 GND 之间的电阻分压器设置，中点连接到 FBP。FBP被调节到0.9V的标称电压。

使用以下公式选择电阻值：

R1是从AVDD连接到FBP的电阻，R2是从FBP连接到地的电阻，V是连接在地的电阻AVDD是所需的输出电压。在此设计中，使用 R1 = 68kO 和 R2 = 12kO。

反相电流模式降压-升压转换器（NAVDD）可产生低至10.5V （MAX25520ATEC为12V）的输出，提供高达200mA的电流，并具有内部补偿功能。

与此设计一样，当FBN连接到IN/INN时，NAVDD电压反映了AVDD上的调节电压。

如果电压不是 -VAVDD是必需的，将电阻分压器从 V18 连接到 NAVDD，其中点连接到 FBN。使用以下公式选择电阻值：

R4是连接FBN和NAVDD之间的电阻，R3是从V18到FBN的电阻，VNAVDD是所需的输出电压。对 R3 使用大于 4.7kO 的值。

升压转换器电感选择

必须指定三个关键电感参数才能与器件配合使用：电感值 （L）、电感饱和电流 （ISAT） 和直流电阻 （RDC）。

要确定电感值，首先选择电感峰峰值纹波电流与平均输出电流（LIR）的比值。大小和损耗之间的一个很好的折衷是使用 0.3 到 0.6 之间的值作为 LIR 比率。但是，电感磁芯材料的交流特性以及电感电阻与其他电源路径电阻的比值会影响LIR的选择。如果使用薄型高电阻电感器（LCD面板应用通常如此），则最佳LIR可能在0.5至1.0之间。可以根据工作区域和负载变化优化进一步的 LIR 选择。选择LIR后，电感值确定如下：

其中 V在是输入电压，VOUT是正输出电压，IOUT是输出电流，IIN是计算出的平均升压输入电流，？是升压转换器的效率，D是占空比，fSW是开关频率。电感的饱和额定值必须超过2.25A的最大电流限值。

当LIR为0.7，效率为90%时，计算出的电感值为2.5mH。将此值转换为最接近的标准值，对于此设计，请使用 2.2mH 值。

反相稳压器电感器的选择

其中 V在为输入电压，V地中海为负输出电压，I地中海是输出电流，LIR是所需的电感纹波比，fSW是开关频率。

电感的饱和电流额定值必须超过2.25A的最大电流限值。

当LIR为0.9时，计算出的电感值为5.6mH。对于此设计，我们使用 4.7mH 的值。

输入电容选择

输入电容器的功能是保持IC的稳定输入电压。当 AVDD 和 NAVDD 转换器需要高输入电流时，尤其是在器件启动期间，必须使用足够的输入电容以避免输入压降。如果IN电压降至2.57V以下，器件可能会复位。因此，输入电容必须防止这种情况发生。电容的总值取决于IN连接中的预期瞬变和串联电阻。由两个并联的10mF陶瓷电容组成的输入电容是本设计的良好起始值。在输入和地之间增加一个较低值（0.1mF）的陶瓷电容也有助于吸收高频电流。

输出电容器选择

选择输出滤波电容的主要标准是低有效串联电阻（ESR）。峰值电感电流与输出滤波电容ESR的乘积决定了输出电压上高频纹波的幅度。

在升压输出 HVINP 上，使用 420kHz 时至少 22mF 和 2.1MHz 时至少 10mF 的陶瓷电容器，以确保稳定性。通过增加输出电容，同时确保低ESR，可以进一步降低输出纹波。

为避免启用 AVDD 时 HVINP 大幅下降，HVINP 节点上的电容应至少是 AVDD 上的电容的 3 倍。

在此设计中，我们选择一个 10mF 电容器用于 HVINP 引脚，同时在 AVDD 上放置 1mF。

选择 NAVDD 输出滤波电容器的主要标准是低 ESR 和电容值，因为该电容器在内部开关导通时提供负载电流。NAVDD 输出端的电压纹波有两个分量：ESR 引起的纹波和大容量电容引起的纹波。

NAVDD输出端需要一个10mF陶瓷电容，以确保稳定性。增加此外向电容可进一步降低输出纹波。在此设计中，所选的 10mF 电容器的产生小于 10mV 的电压P-P输出纹波。

NAVDD 外部二极管选择

对于 NAVDD 外部二极管，峰值额定电流应至少等于 LXN 电流限值 （2.25A）。二极管击穿电压额定值应超过最大值V之和店和 V 的绝对值纳维德.肖特基二极管提高了转换器的整体效率。

结论

TFT-LCD主导着汽车显示器市场，随着新技术的出现，它们正进入竞争激烈的阶段。大于 10 英寸的显示器需要 TFT 偏置，以解决因尺寸和分辨率增加而产生的额外功率需求。在该MAX25520设计方案中，我们提供了详细的分步设计指南，展示了如何使用MAX25520，并提供简单而可靠的解决方案的平衡。

审核编辑：郭婷