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浅谈小尺寸TFT LCD偏压电源设计(2)

浅谈小尺寸TFT LCD偏压电源设计(2)

■应用电路
(图三)为液晶显示器之偏压电源供应器的应用电路,以沛亨半导体所推出的升压式转换器AIC1880搭配两组辅助的充电帮浦式转换电路所形成。其中AIC1880为一固定频率、高效率的升压式转换器,其所使用的控制方式为峰值电流模式的脉波宽度调变(Peak-Current-Mode Pulse-Width-Modulation),如(图四)所示,因此藉由选用适当的週边元件,可达到快速的动态响应特性。
 



(图三) 应用电路
 此外,AIC1880本身有640kHz与1.2MHz两个操作频率可供选择,因此藉由选用较高的操作频率,将可适当地减少外部应用电路的体积。由于AIC1880本身并没有内建正、负Gate输出电压的稳压回授控制电路,如果正、负Gate电源的部分也要求需具备有良好的稳压特性,则可在正、负Gate电源的输出端分别再串接一线性稳压器(Linear Regulator)来使其输出电压能稳在所需的电压准位。
 



(图四) AIC1880的功能方块图
 ■週边元件选择
升压电感(L)
由于AIC1880的设计是使用峰值电流模式的脉波宽度调变控制架构,因此会内建斜率补偿(Slope Compensation)的功能来避免次谐波(Sub Harmonic)震荡的发生。为确保整个转换电路能够稳定操作,则内建的斜率补偿值Ma与输入电压VIN、输出电压VOUT1、升压电感必须满足(公式一)的关系。

(公式一)
其中D为功率开关的导通率。将Ma=0.33V/μS代入(公式一),则可得升压电感需大于5.2μH。
另一方面,升压电感的感值大小与转换器的操作频率高低亦会影响到电感电流的涟波大小。

(公式二)
其中fOSC为升压式转换器的操作频率。由于AIC1880本身即具有640kHz与1.2MHz两个操作频率可供选择,当选用较高的切换频率时,则可允许使用较小的升压电感。然而使用较高的切换频率将导致较大的切换损失,这将会使电路的转换效率变得较低。在此设计中,设定fOSC=1.2MHz、ΔIL=300mA,则升压电感的大小可由(公式三)决定之。

(公式三)
综合以上两者,选择升压电感L为6.8μH。
此外,为避免电感铁芯的饱和,所选用的电感的饱和电流必须大于转换电路的最大电感电流峰值。假设最大输出电流IOUT1(MAX)为250mA、电路的转换效率h为0.8,则电感电流的峰值可由下式决定之﹔

(公式四)
输入电容(CIN)
为降低功率切换开关的快速切换所产生的输入电压涟波,建议采用具有低等效串联电阻(Equivalent Series Resistance;ESR)的陶瓷电容来作为输入电容。在此设计中,输入电容CIN选用10μF/6.3V的陶瓷电容。
输出电容(COUT)
假设最大涟波电压ΔVOUT1为30mV,则最小输出电容可由(公式五)决定之。

(公式五)
此外,输出电压的涟波大小亦受到输出电容本身ESR大小的影响。

(公式六)
在此设计中,输出电容COUT选用两个4.7μF/16V的陶瓷电容并联。
柔性启动电容(CSS)
AIC1880本身内建有柔性启动(Soft-Start)的功能,来避免输入涌入电流(Inrush Current)的产生。其柔性启动时间可由(公式七)求得。

(公式七)
一般而言,所使用的柔性启动电容应该要足够大,以确保输出电容的电压于柔性启动结束之前能达到预设的电压值。在此设计,柔性启动电容CSS选用0.01μF。
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