LT3513：用于TFT-LCD面板的2MHz高电流5输出调节器

引言

在当今电子设备飞速发展的时代，TFT - LCD面板在各类显示设备中得到了广泛应用。而稳定、高效的电源供应是保障TFT - LCD面板正常工作的关键。今天我们要介绍的主角——LT3513，就是一款专门为TFT - LCD面板设计的高性能5输出可调开关稳压器。

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LT3513的核心特性

电源适应性强

输入电压范围为4.5V至30V，这使得它能够适应多种不同的电源环境，无论是车载电源还是常见的桌面电源，都能轻松应对。

集成度高

集成了四个开关和一个低压差线性稳压器（LDO）。其中，四个开关分别为2.2A降压、1.5A升压、0.25A升压和0.25A逆变器，并且每个开关都有保证的最小电流限制。这种高度集成的设计不仅减少了外部元件的使用，还降低了电路板的空间占用。

性能优良

采用固定频率设计，输出噪声低；具备电感电流检测功能（针对降压开关），能更精准地控制电流；所有输出都有软启动功能，可有效避免启动时的电流冲击；还提供外部可编程的 (V{ON}) 延迟、三个集成肖特基二极管以及用于AVDD输出断开的PGOOD引脚，并且带有PanelProtect™电路，在出现故障时能及时禁用 (V{ON})。

散热与封装优势

采用热增强型38引脚5mm×7mm QFN封装，这种封装形式不仅提供了良好的电气连接，还能有效地将热量散发出去，保证芯片在长时间工作时的稳定性。

典型应用场景

汽车TFT - LCD显示屏

在汽车的复杂电气环境中，LT3513的宽输入电压范围和高可靠性使其能够稳定地为TFT - LCD显示屏提供电源，确保驾驶员能够清晰地获取各种信息。

大型TFT - LCD桌面显示器

为桌面显示器提供稳定的电源输出，保证显示画面的高质量和稳定性。

平板电视

满足平板电视中TFT - LCD面板的电源需求，支持其高分辨率和高刷新率的显示效果。

电气特性剖析

输入与静态电流

最小输入电压为4.5V，在不进行开关操作时，静态电流为7.5 - 65mA（典型值为12mA）。当RUN - SS1引脚电压为0V时，电流仅为30µA，这在低功耗应用场景中表现出色。

关键引脚参数

各开关的反馈引脚（FB1 - FB3、NFB4、FB5）都有特定的电压范围和偏差，用于精确控制输出电压。例如，FB1电压典型值为1.225V，其电压线性调节率在4.5V至30V输入电压范围内为0.01 - 0.03%/V。

开关性能

不同开关具有不同的电流限制和饱和压降。以2.2A降压开关（SW1）为例，在占空比为35%时，电流限制为2.2A，最大占空比为75 - 85%。而SW2（1.5A升压开关）的电流限制为1.5 - 2.4A，最大占空比为75 - 90%。

设计要点与器件选择

输入电压与欠压锁定

开关1的最小工作电压受芯片的欠压锁定（约4V）和最大占空比限制。可以通过UVLO引脚设置用户自定义的欠压锁定电压。欠压锁定的迟滞和最小输入电压可以通过特定的电阻分压器和公式进行计算。

电感选择

电感的选择对于稳压器的性能至关重要。一般来说，电感值可以根据公式 (L = frac{V{OUT } + V{F}}{1.8}) 进行初步选择（其中 (V_{F}) 为续流二极管的正向压降，约0.4V）。同时，电感的RMS电流额定值要大于最大负载电流，饱和电流应至少比最大负载电流高30%，并且为了获得最高效率，其串联电阻（DCR）应小于0.1Ω。

输出电容选择

对于5V和3.3V输出，使用10µF 6.3V的陶瓷电容（X5R或X7R）可以获得非常低的输出电压纹波和良好的瞬态响应。输出电容的选择需要综合考虑纹波电压、能量存储和ESR等因素。可以通过公式 (V{RIPPLE }=frac{Delta I{L}}{8 cdot f cdot C{OUT }}) （陶瓷电容）或 (V{RIPPLE}=Delta I_{L} cdot ESR) （电解电容）来估算输出纹波。

二极管选择

续流二极管的平均正向电流可以根据公式 (D(A V G)=I {OUT } frac{V{IN } - V{OUT }}{V{IN }}) 计算。在选择二极管时，要确保其反向电压额定值大于输入电压，以应对输出短路等极端情况。

升压引脚考虑

LT3513的升压电路对最小输入电压有一定限制。在输入电压缓慢上升或输出已经处于稳压状态时，升压电容可能无法完全充电，此时需要一定的最小负载电流来使升压电路正常启动。

工作原理与启动顺序

工作原理

LT3513采用恒定频率电流模式控制方案。四个开关调节器通过反馈回路控制开关的峰值电流，相比电压模式控制，这种方式改善了环路动态性能，并提供了逐周期的电流限制。开关1（降压调节器）采用电感电流检测，避免了最小导通时间问题，始终能对开关电流进行有效限制。

启动顺序

当RUN - SS1引脚被拉低至地时，LT3513进入关机模式，输入源电流仅为30µA。当RUN - SS1引脚电压超过0.8V时，内部偏置电路开启，包括内部稳压器、参考电压和2MHz主振荡器。主振荡器为每个开关调节器生成时钟信号。开关1开始工作后生成 (V{LOGIC}) ，当BIAS引脚电压达到2.8V时，RUN - SS2和RUN - SS3/4引脚的NPN管关断，内部2µA电流源开始对外部电容充电。当RUN - SS2和RUN - SS3/4引脚电压达到0.8V时，相应的开关调节器开启。当所有四个开关输出达到其编程电压的90%时， (C{T}) 引脚的NPN管关断，内部20µA电流源对 (C{T}) 引脚的外部电容充电。当 (C{T}) 引脚达到1.1V时，输出断开PNP管导通，连接 (V_{ON}) 到E3。

PCB布局与散热设计

PCB布局

在PCB布局时，要特别注意高电流路径的设计。对于降压调节器，大的开关电流会在功率开关、续流二极管和输入电容中流动；对于升压调节器，开关电流则流经功率开关、开关二极管和输出电容。应尽量减小这些开关电流路径所形成的环路面积，将相关元件（如电感、输出电容等）放置在电路板的同一侧，并在其下方设置局部、连续的接地平面，且将该接地平面在输出电容C2的接地端与系统接地相连。同时，要尽量减小SW和BOOST节点的面积，以降低电磁干扰（EMI）。

散热设计

为了保证LT3513的正常工作，PCB需要提供良好的散热。芯片底部的暴露焊盘必须焊接到接地平面，并通过热过孔将热量传导到其他铜层。在续流二极管附近增加额外的过孔，以及在顶层和底层增加更多的铜，并通过过孔将其与内部平面相连，可以进一步降低热阻。在有100LFPM气流的情况下，热阻可以进一步降低25%。

总结

LT3513作为一款专为TFT - LCD面板设计的高性能稳压器，凭借其宽输入电压范围、高集成度、优良的电气性能和丰富的保护功能，为TFT - LCD面板的电源设计提供了可靠的解决方案。在实际设计过程中，工程师需要根据具体的应用需求，合理选择电感、电容、二极管等外部元件，并注意PCB布局和散热设计，以充分发挥LT3513的性能优势。大家在使用LT3513进行设计时，有没有遇到过什么特别的问题呢？欢迎在评论区分享交流。