TPS65165：為T(mén)V和顯示器TFT - LCD面板打造的緊湊型LCD偏置IC

引言

在當(dāng)今的電子設(shè)備中，TFT - LCD面板廣泛應(yīng)用于電視和顯示器等設(shè)備。而要讓這些面板正常工作，合適的偏置IC至關(guān)重要。德州儀器（Texas Instruments）的TPS65165就是一款專(zhuān)門(mén)為T(mén)V和顯示器TFT - LCD面板設(shè)計(jì)的緊湊型LCD偏置IC，它集成了諸多強(qiáng)大功能，能為T(mén)FT - LCD面板提供穩(wěn)定可靠的電源支持。

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產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

電源輸入與輸出

• 寬輸入電壓范圍：TPS65165的輸入電壓范圍為2.5 V至6.0 V，能適應(yīng)多種電源環(huán)境。其Vs輸出電壓最高可達(dá)18 V，并且采用了1%精度的升壓轉(zhuǎn)換器，開(kāi)關(guān)電流可達(dá)4.5 A，固定頻率為600 kHz的PWM操作，還具備過(guò)壓保護(hù)和可調(diào)節(jié)軟啟動(dòng)功能。
• 電荷泵轉(zhuǎn)換器：集成了穩(wěn)壓正電荷泵轉(zhuǎn)換器VGH和穩(wěn)壓負(fù)電荷泵驅(qū)動(dòng)器VGL，其中VGH還具備集成的柵極電壓整形功能，并且可以對(duì)Vs和VGH進(jìn)行可調(diào)節(jié)的時(shí)序控制。

高速運(yùn)算放大器

該IC集成了3個(gè)高速運(yùn)算放大器，具有50 MHz的3 dB帶寬、45 V/μs的壓擺率以及215 mA的短路電流，能滿(mǎn)足高速信號(hào)處理的需求。

其他特性

• 高壓測(cè)試模式（HVS）：可通過(guò)拉高HVS引腳來(lái)啟用高壓應(yīng)力測(cè)試，此時(shí)VGH輸出電壓通常設(shè)置為30 V，Vs輸出電壓可編程為更高電壓。
• 熱關(guān)斷保護(hù)：當(dāng)芯片溫度過(guò)高時(shí)，熱關(guān)斷功能會(huì)啟動(dòng)，防止芯片因過(guò)熱而損壞。
• 小巧封裝：采用40引腳的5×5 - mm QFN封裝，節(jié)省電路板空間。

應(yīng)用領(lǐng)域

TPS65165主要應(yīng)用于LCD顯示器和LCD電視面板，能為這些設(shè)備的TFT - LCD面板提供穩(wěn)定的電源和信號(hào)處理支持。

技術(shù)細(xì)節(jié)剖析

電氣特性

在不同的測(cè)試條件下，TPS65165展現(xiàn)出了良好的電氣性能。例如，在輸入電壓為5.0 V、Vs為15 V、HVS為低電平、EN - CTRL為高電平，環(huán)境溫度在 - 40°C至85°C的范圍內(nèi)，其各項(xiàng)參數(shù)表現(xiàn)穩(wěn)定。

• 電源電流：在無(wú)負(fù)載靜態(tài)電流方面，流入VIN的無(wú)負(fù)載靜態(tài)電流IQVIN典型值為1 mA，流入SUP的無(wú)負(fù)載靜態(tài)電流IQSUP典型值為20 mA。
• 邏輯信號(hào)：邏輯信號(hào)EN、CTRL、HVS的閾值電壓在Vin為2.5 V至6.0 V時(shí)，范圍為0.4 V至1.4 V，輸入泄漏電流在±0.01 μA至±0.1 μA之間。
• 高壓應(yīng)力測(cè)試：當(dāng)HVS為高電平時(shí)，正電荷泵輸出電壓VPOUT典型值為30 V，RHVS下拉電阻典型值為1 kΩ。

引腳功能

TPS65165共有40個(gè)引腳，每個(gè)引腳都有其特定的功能。

• 電源相關(guān)引腳：VIN為IC的電源輸入引腳，需用1 - μF電容直接旁路到地；SUP為運(yùn)算放大器和電荷泵級(jí)的電源輸入引腳，連接到主輸出Vs，并使用1 - μF旁路電容。
• 控制與調(diào)節(jié)引腳：ADLY和GDLY用于設(shè)置啟動(dòng)延遲時(shí)間，通過(guò)連接外部電容來(lái)實(shí)現(xiàn)；CTRL用于控制內(nèi)部高壓開(kāi)關(guān)；SS用于設(shè)置升壓轉(zhuǎn)換器的軟啟動(dòng)時(shí)間。
• 反饋與輸出引腳：FB為升壓轉(zhuǎn)換器的反饋引腳，F(xiàn)BN為負(fù)電荷泵轉(zhuǎn)換器的反饋引腳，POUT為正電荷泵的輸出引腳，VGH為內(nèi)部高壓開(kāi)關(guān)的輸出電壓引腳。

典型特性

文檔中給出了多個(gè)典型特性的圖表，直觀地展示了TPS65165在不同工作條件下的性能。

• 升壓轉(zhuǎn)換器特性：包括效率與負(fù)載電流的關(guān)系、PWM操作在標(biāo)稱(chēng)負(fù)載電流和輕負(fù)載電流下的表現(xiàn)、負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)、軟啟動(dòng)過(guò)程以及過(guò)壓保護(hù)等。
• 系統(tǒng)功能特性：如上電時(shí)序、柵極電壓整形等。
• 電荷泵特性：負(fù)電荷泵驅(qū)動(dòng)器VGL和正電荷泵VGH的輸出電壓與負(fù)載電流的關(guān)系。
• 運(yùn)算放大器特性：三個(gè)運(yùn)算放大器的輸入到輸出失調(diào)電壓與負(fù)載電流的關(guān)系。

應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

啟動(dòng)時(shí)序

啟動(dòng)時(shí)序可以通過(guò)調(diào)節(jié)ADLY和GDLY的延遲時(shí)間來(lái)控制。在ADLY設(shè)置的延遲時(shí)間過(guò)后，升壓轉(zhuǎn)換器、負(fù)電荷泵和正電荷泵同時(shí)啟動(dòng)；只有當(dāng)GDLY設(shè)置的延遲時(shí)間過(guò)去且CTRL信號(hào)為高電平時(shí)，VGH才會(huì)變?yōu)楦唠娖健?/p>

升壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)

• 參數(shù)計(jì)算：在設(shè)計(jì)升壓轉(zhuǎn)換器時(shí)，需要計(jì)算轉(zhuǎn)換器的占空比、最大輸出電流和峰值開(kāi)關(guān)電流等參數(shù)。可以根據(jù)效率曲線估算效率，然后進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。
• 元件選擇：
  • 電感：通常選擇10 - μH的電感，電感的飽和電流應(yīng)高于計(jì)算得到的峰值開(kāi)關(guān)電流，同時(shí)電感的直流電阻越低，轉(zhuǎn)換器的效率越高。
  • 輸出電容：推薦使用低ESR的陶瓷電容，對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，三個(gè)22μF或六個(gè)10uF的陶瓷輸出電容并聯(lián)即可，可根據(jù)需要增加電容數(shù)量以改善負(fù)載瞬態(tài)調(diào)節(jié)。
  • 整流二極管：應(yīng)使用肖特基二極管，其反向電壓額定值應(yīng)高于轉(zhuǎn)換器的最大輸出電壓，電流額定值根據(jù)轉(zhuǎn)換器的關(guān)斷時(shí)間和典型開(kāi)關(guān)電流計(jì)算。

電荷泵設(shè)計(jì)

• 正電荷泵：自動(dòng)在倍壓器和三倍壓器模式之間切換，需要兩個(gè)330 - nF的飛跨電容和一個(gè)1 - μF的輸出電容來(lái)保證穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)外部電阻分壓器設(shè)置輸出電壓，為了減少噪聲和泄漏電流的影響，建議反饋分壓器的下電阻R6約為20 kΩ。
• 負(fù)電荷泵：通過(guò)外部電阻分壓器設(shè)置輸出電壓，將SUP引腳的電壓反相并調(diào)節(jié)到編程電壓。需要兩個(gè)外部肖特基二極管，其峰值電流額定值應(yīng)為輸出負(fù)載電流的兩倍。

高壓開(kāi)關(guān)控制

對(duì)于高壓開(kāi)關(guān)控制（柵極電壓整形），不建議在VGH連接輸出電容。如果輸出紋波電壓高于預(yù)期，應(yīng)增加POUT的輸出電容值。通過(guò)將LCD時(shí)序控制器（TCON）的控制信號(hào)連接到CTRL引腳來(lái)實(shí)現(xiàn)柵極電壓整形。

運(yùn)算放大器使用

TPS65165集成的三個(gè)運(yùn)算放大器可作為伽馬校正緩沖器或VCOM緩沖器。OpAmp 3已配置為標(biāo)準(zhǔn)緩沖器。為了獲得良好的性能和最小化輸出噪聲，需要在SUP引腳和地之間直接連接一個(gè)1 - μF的旁路電容。當(dāng)設(shè)備禁用時(shí)，運(yùn)算放大器的輸出通過(guò)一個(gè)10kΩ電阻拉低。由于運(yùn)算放大器不適合驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載，建議在輸出端使用一個(gè)3.3 - Ω的串聯(lián)電阻來(lái)保證穩(wěn)定運(yùn)行。

PCB布局設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

• 元件布局：首先放置電源組件，使用寬PCB走線連接相關(guān)引腳。
• 電容放置：在Vin和SUP引腳與地之間直接放置1 - μF的旁路電容，將220 - nF的參考電容直接從REF連接到AGND，靠近IC引腳。
• 布線注意事項(xiàng)：負(fù)電荷泵的反饋電阻應(yīng)大于40 kΩ，VGL的電荷泵驅(qū)動(dòng)引腳（DRVN）使用短走線，飛跨電容應(yīng)盡可能靠近C1P、C1N、C2P和C2N引腳。
• 散熱處理：將QFN封裝的功率焊盤(pán)焊接到地，并使用熱過(guò)孔降低熱阻。

總結(jié)

TPS65165是一款功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定的緊湊型LCD偏置IC，為T(mén)V和顯示器TFT - LCD面板提供了全面的電源和信號(hào)處理解決方案。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇元件參數(shù)，優(yōu)化PCB布局，以充分發(fā)揮該IC的性能優(yōu)勢(shì)。你在使用TPS65165的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。