EL7586, EL7586A代表用于所有大型面板、TFT-LCD应用的多输出调节器

特征

•2A限流FET选项

•3V至5V输入

•高达20V升压

•对所有输出进行1%调节

•VLOGIC-VOFF-VBOOST-VON或VLOGIC-VOFF-VON顺序控制

-VLOGIC从EL7586A的启动开始就处于开启状态

•可编程序列延迟

•完全故障保护

•热关机

•内部软启动

•20个Ld 4x4 QFN包

•提供无铅加退火（符合RoHS标准）

应用

•液晶显示器（15“+）

•液晶电视（最高40“+）

•笔记本显示器（最多16英寸）

•工业/医疗液晶显示器

说明

TFT-LCD电源

EL7586和EL7586A代表用于所有大型面板、TFT-LCD应用的多输出调节器。这两款产品都有一个集成了2A场效应晶体管的升压变换器，两个用于产生VON和VLOGIC的正LDO，以及一个用于产生VOFF的负LDO。升压转换器可编程为在P模式或PI模式下运行，以改善负载调节。

EL7586和EL7586A还集成了所有四个通道的故障保护。一旦检测到故障，设备将被锁定，直到输入电源或EN循环。EL7586还具有VBOOST/VLOGIC、VOFF、VON或VLOGIC、VOFF、VBOOST和VON的集成启动顺序。后者需要一个单独的外部晶体管。使用外部电容器设置启动顺序的定时。

EL7586A具有一个与EN输入无关的立即启用的VLOGIC输出。如果检测到故障，则关闭VLOGIC输出，并且需要回收电源以重置此状态。

EL7586和EL7586A都是引脚兼容的，采用20 Ld 4x4 QFN封装，并指定在-40°C至+85°C温度范围内运行。

订购信息

注：Intersil无铅加退火产品采用特殊无铅材料组；模塑化合物/模具连接材料和100%哑光锡板终端饰面，符合RoHS标准，并与SnPb和无铅焊接操作兼容。Intersil无铅产品的MSL分类为无铅峰值回流焊温度，满足或超过IPC/JEDEC J STD-020的无铅要求。

典型性能曲线

应用程序信息

EL7586和EL7586A为TFT-LCD应用提供了高集成度的多输出电源解决方案。该系统由一个高效率的boost变换器和三个具有多重保护功能的线性调节器控制器（VON、VOFF和VLOGIC）组成。框图如图25所示。表1列出了推荐的组件。

EL7586和EL7586A集成了一个N沟道MOSFET升压变换器，以最小化外部元件数量和成本。AVDD、VON、VOFF和VLOGIC输出电压使用外部电阻器独立设置。VON，VOFF电压需要使用集成LDO控制器后调节的外部电荷泵。

升压变换器

主boost变换器是一个固定频率为1MHz的电流模式PWM变换器，可以使用低剖面电感和多层陶瓷电容器。这就形成了一个紧凑、低成本的液晶面板设计电源系统。

EL7586和EL7586A设计用于连续电流模式，但它们也可以在轻负载下以间断电流模式工作。在连续电流模式下，电流在稳态操作的整个开关周期内持续地在电感器中流动。连续电流模式下的电压转换比由下式得出：

其中D是开关MOSFET的占空比。

图26显示了升压调节器的框图。它采用由GM级组成的求和放大器结构，用于电压反馈、电流反馈和斜率补偿。比较器一个周期地观察峰值电感器电流，并在达到电流限制时终止PWM周期。

需要一个外部电阻分压器将输出电压分为标称参考电压。电阻网络所消耗的电流应加以限制，以保持整个转换器的效率。电阻网络的最大值受反馈输入偏置电流和噪声耦合到反馈管脚的电位的限制。建议使用60kΩ左右的电阻网络。升压变换器输出电压由以下等式确定：

对于EL7586，通过MOSFET的电流被限制在2A峰值。这将根据以下等式限制最大输出电流：

式中∆IL为峰值间电感器纹波电流，通过以下方式设置：

其中fS是开关频率。

下表给出了典型值（VIN、VO、L、fS和IOMAX的裕度分别为10%、3%、20%、10%和15%：

输入电容器

输入电容器用于向转换器提供峰值充电电流。建议CIN大于10μF。CIN越大，反射纹波电压越小。输入电容器的额定电压应大于最大输入电压。

升压电感

升压电感是影响输出电压纹波、瞬态响应和效率的关键部件。3.3μH到10μH的值与内部坡度补偿相匹配。电感器必须能够处理以下平均和峰值电流：

整流二极管

由于开关频率高，需要一个高速二极管。肖特基二极管因其恢复时间快、正向电压低而被推荐。整流二极管必须满足输出电流和峰值电感电流的要求。

电容器输出

输出电容器直接向负载供电，降低输出端的纹波电压。输出纹波电压由两部分组成：电感纹波电流流过输出电容器的ESR所产生的电压降和输出电容器的充放电。

对于低ESR陶瓷电容器，输出纹波主要受输出电容器的充放电控制。输出电容器的额定电压应大于最大输出电压。

注：电容器有一个电压系数，当其上的电压增加时，其有效电容会下降。上述方程式中的COUT假设电容器在特定电压下的有效值，而不是制造商在零伏下测得的规定值。

补偿

EL7586和EL7586A可在P模式或PI模式。将CINT引脚直接连接到VIN将启用P模式；为了更好地调节负载，使用PI模式，在CINT和地面之间串联一个4.7nF电容器和一个10K电阻。该值可以减小以改善瞬态性能，但是，非常低的值将降低环路稳定性。

升压反馈电阻器

当升压输出电压AVDD降低到12V以下时，IC中的有效电压反馈增加了求和比较器处的电压电流反馈比，因为R2相对于R1减小。为了在集成电路的整个电流范围内保持稳定运行，通过串联电阻电容网络（R7和C7）与R1并联，将极频率（fp）设置为约10kHz（C2有效=10μF）和4kHz（有效），随着AVDD减小，反馈至FBB引脚的电压应成比例减小=30μF。

PI模式CINT（C23）和RINT（R10）

IC设计为在最小C23电容为4.7nF和最小C2（有效）=10μF的情况下工作。

注意，对于高压AVDD，陶瓷电容器（C2）的电压系数大大降低了它们的有效电容；16V的10μF陶瓷在15V下可以下降到3μF左右。

为了改善PI模式下AVDD的瞬态负载响应，可以在C23电容器上串联一个电阻。电阻越大，过冲越低，但以牺牲变流器回路的稳定性为代价，尤其是在高电流下。

当L=10μH，AVDD=15V，C23=4.7nF时，C2（有效）的电容应大于10μF。对于C2（有效）至20μF，RINT（R7）的电容值可高达5kΩ，C2（有效）的电容值可高达10KΩ，高达30μF。

如果使用小于电流限制的最大AVDD负载电流，则可以使用更大的RINT（R7）值。为了保证AVDD的稳定性，IC应该在最大期望电流下工作，然后利用AVDD的瞬态负载响应来确定RINT的最大值。

级联MOSFET应用

一个20V的N沟道MOSFET集成在升压调节器中。对于输出电压大于20V的应用，如图27所示，需要一个外部级联MOSFET。外部MOSFET的额定电压应大于VBOOST。

线性调节器控制器（VON、VLOGIC和VOFF）

EL7586和EL7586A包括三个独立的线性调节器控制器，其中两个是正输出电压（VON和VLOGIC），一个是负数。VON、VOFF和VLOGIC线性调节器控制器功能图、应用电路分别如图28、29和30所示。

线性稳压器基极发射极电阻（RBL、RBP和RBN）的计算

对于线性稳压器的通管晶体管，数据表中通常规定了低频增益（Hfe）和单位增益频率（fT）。通过晶体管在fp=fT/Hfe处为环路传输函数增加一个极点。因此，为了在低频下保持相位裕度，通流器件的最佳选择通常是高频低增益开关晶体管。可通过添加基极发射极电阻RBE（功能框图中的RBP、RBL、RBN）进一步改进，其极频率增加至：fp=fT*（1+Hfe*re/RBE）/Hfe，其中re=KT/qIc。因此，在设计中只要有足够的基极电流（IB）来支持最大输出电流（IC），就选择最小值的RBE。

我们将以VLOGIC线性调节器为例。如果将Fairchild FMMT549 PNP晶体管用作外通晶体管，应用图中的Q5，则对于500mA的最大逻辑操作要求，数据表显示Hfe_min=100。

基极发射极饱和电压为：Vbe_max=1.25V（注：这通常是Vbe ~ 0.7V，但是，对于Q5晶体管，内部达林顿布置用于增加它的电流增益，使“基极发射极”电压VBE x 2）。

（注意，Q5使用大电流达林顿PNP晶体管要求VIN>VLOGIC+2V。如果需要较低的输入电压，则应为Q5选择普通高增益PNP晶体管，以便允许较低的集电极-发射极饱和电压）。

对于EL7586和EL7586A，最小驱动电流为：I_DRVL_min = 8mA

最小基极发射极电阻RBL现在可以计算为：

这是可以使用的最小值-因此，我们现在选择一个比这个最小值大的方便值；比如500Ω。可以使用较大的值来降低静态电流，但是，如果RBL值过高，则电源噪声可能会对调节产生不利影响。

VON电源用于为LCD面板中的行驱动器的正电源供电。DC/DC由一个外部二极管电容电荷泵组成，该电荷泵由boost变换器的电感（LX）供电，然后是一个低压差线性调节器（LDOđON）。PNU作为晶体管的外通元件。板载LDO控制器是一个宽频带（>10MHz）跨导放大器，能够提供4mA驱动电流，在低压差条件下（强制贝塔系数为10），足以提供40毫安或更多的输出电流。EL7586和EL7586A支持的典型电压范围为+15V至+36V。还包括一个故障比较器，用于监测输出电压。欠压阈值设置为低于1.2V参考电压的25%。

VOFF电源用于为LCD面板中的行驱动器的负极电源供电。DC/DC由一个外部二极管电容电荷泵组成，该电荷泵由boost变换器的电感（LX）供电，然后是一个低压差线性调节器（LDO_choff）。LDO_关断调节器使用外部NPN晶体管作为通流元件。板载LDO控制器是一个宽频带（>10MHz）跨导放大器，能够提供4mA驱动电流，在低压差条件下（强制贝塔系数为10），足以提供40毫安或更多的输出电流。EL7586和EL7586A支持的典型VOFF电压范围为-5V到-20V。还包括一个故障比较器来监测输出电压。欠压阈值设置为高于0.2V参考电平的200mV。

VLOGIC电源用于为LCD面板内的逻辑电路供电。DC/DC可以直接从3.3V或5.0V的低压输入供电，也可以通过故障保护开关供电。LDO_逻辑调节器使用外部PNP晶体管作为通流元件。板载LDO控制器是一个宽带（>10MHz）跨导放大器，能够提供16mA的驱动电流，在低压差条件下（强制贝塔系数为10），足以达到160mA或更高的输出电流。EL7586和EL7586A支持的典型VLOGIC电压范围为+1.3V至VDD-0.2V。还包括一个故障比较器，用于监测输出电压。欠压阈值设置为低于1.2V参考电压的25%。

设置输出电压

参考典型应用图，VON、VOFF和VLOGIC的输出电压由以下等式确定：

其中VREF=1.2V，VREFN=0.2V。

VON、VOFF和VLOGIC的电阻网络建议分别为250kΩ、120kΩ和10kΩ。

充电泵

为了产生高于VBOOST的输出电压，需要单级或多级电荷泵。级数由输入和输出电压决定。对于正电荷泵级：

式中，VCE是线性调节器通电元件的压降。它的范围从0.3V到1V取决于晶体管。VF是电荷泵整流二极管的正向电压。

负电荷泵级数由下式给出：

为了实现高效率和低材料成本，可以满足上述要求的最低数量的电荷泵级始终是首选。

高电荷泵输出电压（>36V）应用

在电荷泵输出电压大于36V的应用中，如图31所示，需要在DRVP引脚和高通晶体管Q3的基极之间插入一个外部npn晶体管；或者线性调节器只能控制一级电荷泵并调节最终的电荷泵输出，如图32所示。

间断/连续升压及其对电荷泵的影响

EL7586和EL7586A的VON和VOFF架构使用LX开关边缘来驱动二极管电荷泵，LDO调节器从中产生VON和VOFF电源。可以理解，如果LX开关边的常规电源中断，例如在轻AVDD升压负载电流下的不连续操作期间，则这可能影响VON和VOFF调节的性能-取决于它们当时的确切负载条件。

为了优化VON/VOFF调节，在给定VIN、VOUT、开关频率和AVDD电流负载的情况下，通过适当选择电感，可以调整boost变换器的不连续/连续工作边界，使之处于连续工作状态。

下式给出了不连续和连续升压操作之间的边界。对于连续运行（每个时钟周期切换LX），我们要求：

其中占空比D=（AVDD-VIN）/AVDD。

例如，在VIN=5V、FOSC=1.0MHz和AVDD=12V的情况下，我们发现可以保证升压变换器的连续运行：

L=10μH且I（平均值）>61mA

L=6.8μH，I（平均值）>89mA

L=3.3μH且I（平均值）>184mA

电荷泵输出电容器

建议使用低ESR的陶瓷电容器。对于陶瓷电容器，输出纹波电压由电容值决定。电容值可通过以下公式选择：

其中fOSC是开关频率。

启动顺序

图33和34显示了详细的启动顺序波形。要想成功通电，vcly应该有六个峰值。当检测到故障时，设备将关闭，直到切换EN或回收输入电源。

当输入电压高于2.5V时，内部电流源开始通过快速斜坡和缓慢斜坡缓慢充电至上限。在初始慢斜坡期间，设备检查是否存在故障条件。如果没有发现故障，CCDLY在第一个峰值后放电，VREF接通。

在第二个斜坡期间，设备检查VREF和超温状态。在第二个斜坡的峰值，PG输出变低并启用输入保护PMOS Q1。Q1是一个受控的场效应管，用于在内部启用VBOOST之前防止涌入VBOOST的电流。它的开启速度由Co控制。当检测到故障时，M1将关闭并断开与VIN的电感器。

当输入保护FET打开时，NODE1（见典型应用图）将上升到~VIN。最初，升压未启用，因此VBOOST通过输出二极管上升到VIN-VDIODE。因此，在启动程序的这一部分，VBOOST有一个步骤。如果这一步不可取，可以使用外部PMOS FET来延迟输出，直到内部启用了升压。延迟输出出现在AVDD。

对于EL7586，VBOOST和VLOGIC软启动在第三个坡道开始处。软启动斜坡取决于CDLY电容器的值。对于220nF的CDLY，软启动时间为~2ms。

EL7586A与EL7586相同，但VREF和当输入电压（VDD）超过2.5V时，VLOGIC打开。当检测到故障时，输出和输入保护将关闭，但VREF将保持打开。

VOFF在第四个高峰开始时开启。在第五个峰值，DELB门变低，打开外部PMOS Q4以产生延迟的VBOOST输出。

VON在第六个斜坡开始时启用。AVDD，PG、VOFF、DELB和VON在该匝道末端进行检查。

故障保护

启动程序完成后，CDLY电容器上的电压保持在1.15V，直到检测到故障或EN引脚被禁用。如果检测到故障，CDLY上的电压升高到2.4伏，此时芯片将被禁用，直到电源被回收或切换到启用状态。

启动顺序和故障保护的元件选择

CREF电容器通常设置为220nF，需要稳定VREF输出。CREF的范围为22nF至1μF，不应超过CDEL电容器的5倍，以确保正确的启动操作。

CDEL电容器通常为220nF，可用范围从最小47nF到几个微法拉-仅限于电容器中达到μa水平的泄漏。

CDEL应至少为CREF值的1/5（见上文）。注：对于CDEL上的220nF，故障超时通常为50ms，使用较大/较小的值将按比例变化（例如，1μF将给出通常为230ms的故障超时时间）。

故障排序

EL7586和EL7586A具有先进的故障检测系统，可在操作过程中保护IC不受相邻引脚短路和输出电源短路的影响。

在接地质量和去耦方面，PCB的高质量布局/设计是必要的，以避免错误地触发故障检测方案，尤其是在启动期间。用户将被引导到布局指南和元件选择部分，以避免在初始评估和PCB原型生成过程中出现问题。

过热保护

内部温度传感器持续监测模具温度。如果模具温度超过140°C的热触发点，设备将关闭。

布局建议

电路板布局对器件的效率、输出噪声、瞬态响应和控制回路稳定性等性能有很大影响。印刷电路板的布局至关重要，尤其是在高开关频率下。布局有一些一般准则：

1、将外部电源元件（输入电容器、输出电容器、升压电感器和输出二极管等）放在设备附近。这些元件的痕迹应尽可能短而宽，以尽量减少寄生电感和电阻。

2、将VREF和VDD旁路电容器靠近引脚。

3、尽可能减少携带快速信号和大电流的记录道长度。

4、所有反馈网络应直接从负载点检测输出电压，并尽可能远离LX节点。

5、电源接地（PGND）和信号接地（SGND）引脚应仅连接在主去耦电容器附近的一个点上。

6、暴露在外的模具板，在包装的下面，应该焊接到PCB上的一个同等面积的金属上。该接触区域应具有多个到PCB背面的通孔连接，以及与PCB中间层的连接（如果可用），以最大限度地远离IC的散热。

7、当焊接到多层PCB上时，为了将封装的热阻降到最低，连接到外露模板的铜轨和接地平面面积应最大化，并尽可能远离IC。尤其是底部和顶部的PCB区域应最大化，以允许散热到周围空气中。

8、信号接地平面应与电源接地平面分开，仅在暴露的模板处连接至电源接地引脚，用于反馈电阻网络（R1、R11、R41）和VREF电容器C22、CDELAY电容器C7和积分器电容器C23的接地回路连接。

9、最小化反馈输入轨迹长度以避免切换噪声拾取。

演示板可用于说明正确的布局实现。

演示板布局

典型应用图

注：SGND应连接至外露模板，并仅在一个点连接至PGND。

QFN包装外形图