詳解TPS65175/TPS65175A：LCD偏置電源的理想選擇

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，電源管理是至關(guān)重要的一環(huán)，尤其是對(duì)于LCD顯示設(shè)備而言，合適的偏置電源能夠顯著提升顯示效果和穩(wěn)定性。德州儀器（TI）的TPS65175和TPS65175A芯片，就是為L(zhǎng)CD偏置應(yīng)用量身打造的可編程電源解決方案。今天，我們就來(lái)詳細(xì)了解一下這兩款芯片的特點(diǎn)、應(yīng)用和設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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芯片概述

TPS65175和TPS65175A是專(zhuān)為GIP TV設(shè)計(jì)的全可編程LCD偏置IC，集成了12通道電平轉(zhuǎn)換器和6通道伽馬緩沖器。它們提供了一個(gè)簡(jiǎn)單而經(jīng)濟(jì)的電源解決方案，適用于各種LCD偏置應(yīng)用，包括LCD GIP/GOA TVs和LCD GIP/GOA Monitors。

主要特性

• 寬輸入電壓范圍：支持8.6V至14.7V的輸入電壓，能夠適應(yīng)不同的電源環(huán)境。
• 多電壓輸出：
  • 升壓轉(zhuǎn)換器（VDD）：輸出電壓范圍為12.7V至19V（6位可編程）。
  • 降壓轉(zhuǎn)換器（VCC）：輸出電壓范圍為1.6V至2.0V和3.0V至3.6V（4位可編程）。
  • 同步降壓轉(zhuǎn)換器（HVDD）：輸出電壓跟蹤VDD。
  • 正電荷泵（VGH）：低溫時(shí)輸出電壓范圍為19V至34V（4位可編程），高溫時(shí)為17V至32V（4位可編程）。
  • 負(fù)電荷泵（VGL）：輸出電壓范圍為 -1.8V至 -8.1V（6位可編程）。
• 集成功能：
  • 集成輸入到輸出隔離開(kāi)關(guān)，提高電源的安全性和穩(wěn)定性。
  • 6通道伽馬緩沖器，為源驅(qū)動(dòng)器提供精確的電壓參考。
  • 9位VCOM參考和3位VCOM增益，可實(shí)現(xiàn)靈活的VCOM電壓調(diào)整。
  • 具備VGH和VCOM的溫度補(bǔ)償功能，確保在不同溫度環(huán)境下的穩(wěn)定性能。
  • 12通道電平轉(zhuǎn)換器，支持正向和反向操作，并具備異常操作檢測(cè)功能。
• 可編程特性：所有輸出電壓和延遲時(shí)間均可通過(guò)兩線(xiàn)接口進(jìn)行編程，一個(gè)物料清單（BOM）即可覆蓋多種面板類(lèi)型和尺寸。
• 封裝形式：采用56引腳7mm x 7mm QFN封裝，節(jié)省電路板空間。

電氣特性

絕對(duì)最大額定值

芯片的絕對(duì)最大額定值規(guī)定了其在各種引腳電壓、ESD等級(jí)、功率耗散和溫度范圍等方面的極限值。例如，CLK1 - 6、EVEN、ODD等引腳的電壓范圍為 -10V至40V，ESD等級(jí)的HBM為2kV，MM為200V，CDM為700V。在設(shè)計(jì)時(shí)，必須確保芯片的工作條件不超過(guò)這些額定值，以避免芯片損壞。

熱信息

芯片的熱信息包括結(jié)到環(huán)境、結(jié)到外殼、結(jié)到電路板的熱阻等參數(shù)。例如，TPS65175/A的結(jié)到環(huán)境熱阻（θJA）為26.8°C/W，結(jié)到電路板熱阻（θJB）為4.3°C/W。這些參數(shù)對(duì)于散熱設(shè)計(jì)非常重要，能夠幫助我們選擇合適的散熱方式和散熱材料。

推薦工作條件

推薦工作條件規(guī)定了芯片在正常工作時(shí)的輸入電壓、電容值、電感值等參數(shù)范圍。例如，輸入電壓范圍為8.6V至14.7V，升壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓范圍為12.7V至19V，降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓范圍為1.6V至3.6V等。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量使芯片工作在推薦工作條件范圍內(nèi)，以確保其性能和可靠性。

電氣參數(shù)

芯片的電氣參數(shù)包括電源靜態(tài)電流、欠壓鎖定、熱關(guān)斷、邏輯信號(hào)電平、內(nèi)部振蕩器頻率等。例如，電源靜態(tài)電流在不同引腳的取值范圍不同，AVIN引腳的靜態(tài)電流為2.0mA至4.0mA，PVINB引腳的靜態(tài)電流為0.1mA至1.0mA等。這些參數(shù)反映了芯片的功耗和性能，對(duì)于電源設(shè)計(jì)和系統(tǒng)性能評(píng)估非常重要。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

電源轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)

• 升壓轉(zhuǎn)換器（VDD）：采用非同步升壓拓?fù)?，工作頻率可通過(guò)EEPROM位選擇750kHz或1.5MHz。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮電感的飽和電流、直流電阻和電感值，以及整流二極管的類(lèi)型、反向電壓和正向電流等參數(shù)。同時(shí)，還需要通過(guò)外部補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)來(lái)優(yōu)化性能。
• 降壓轉(zhuǎn)換器（VCC）：采用非同步降壓拓?fù)洌ぷ黝l率同樣可選擇750kHz或1.5MHz。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意電感和整流二極管的選擇，以及輸入和輸出電容的取值。此外，降壓轉(zhuǎn)換器還具備集成軟啟動(dòng)、自舉和補(bǔ)償電路，可減少外部元件數(shù)量。
• 同步降壓轉(zhuǎn)換器（HVDD）：集成了能夠吸收和提供高達(dá)500mA電流的PWM，輸出電壓跟蹤升壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮電感的取值范圍和輸入輸出電容的選擇。

電荷泵設(shè)計(jì)

• 正電荷泵（VGH）：通過(guò)SWP引腳驅(qū)動(dòng)飛電容，采用外部PNP晶體管進(jìn)行調(diào)節(jié)。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要選擇合適的二極管、電容和PNP晶體管，并注意電荷泵的短路保護(hù)和溫度補(bǔ)償功能。
• 負(fù)電荷泵（VGL）：通過(guò)SWN引腳驅(qū)動(dòng)飛電容，采用外部NPN晶體管進(jìn)行調(diào)節(jié)。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要選擇合適的二極管、電容和NPN晶體管，并注意電荷泵的短路保護(hù)功能。

其他設(shè)計(jì)要點(diǎn)

• P - Vcom設(shè)計(jì)：集成了P - Vcom模塊，可設(shè)置外部運(yùn)算放大器的非反相輸入電壓參考和增益。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意Vcom的溫度補(bǔ)償和增益選擇。
• 伽馬緩沖器設(shè)計(jì)：集成了6通道伽馬緩沖器，為源驅(qū)動(dòng)器提供電壓參考。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意輸出負(fù)載和電容的選擇。
• 電平轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)：集成了12通道電平轉(zhuǎn)換器，通過(guò)狀態(tài)機(jī)生成12個(gè)輸出信號(hào)。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意信號(hào)的時(shí)序和邏輯關(guān)系，以及異常操作檢測(cè)和處理。

I2C接口

TPS65175/A通過(guò)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的兩線(xiàn)I2C接口進(jìn)行通信，支持標(biāo)準(zhǔn)模式（100kbps）和快速模式（400kbps）。在使用I2C接口時(shí)，需要注意起始和停止條件、地址和讀寫(xiě)方向位的傳輸，以及數(shù)據(jù)的確認(rèn)和終止。同時(shí)，芯片還集成了非易失性存儲(chǔ)器（EEPROM），可存儲(chǔ)DAC值，最多支持1000次編程周期。

寄存器映射

芯片的寄存器映射包括非易失性初始值寄存器（IVR）和易失性DAC寄存器（DR），通過(guò)相同的地址進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。在啟動(dòng)時(shí)，IVR的值會(huì)加載到DR中，預(yù)設(shè)DAC為最后存儲(chǔ)的設(shè)置。用戶(hù)可以通過(guò)I2C接口對(duì)寄存器進(jìn)行編程和讀取操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓和延遲時(shí)間的控制。

總結(jié)

TPS65175和TPS65175A芯片為L(zhǎng)CD偏置應(yīng)用提供了一個(gè)全面、靈活的電源解決方案。通過(guò)其豐富的功能和可編程特性，能夠滿(mǎn)足不同LCD面板的需求。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們需要根據(jù)芯片的特性和要求，合理選擇外部元件，優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，以確保芯片的性能和可靠性。同時(shí)，還需要注意PCB布局和散熱設(shè)計(jì)，避免電磁干擾和過(guò)熱問(wèn)題。希望本文能夠?yàn)?a href="http://www.brongaenegriffin.com/v/tag/125/" target="_blank">電子工程師在使用TPS65175和TPS65175A芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)提供一些參考和幫助。大家在實(shí)際應(yīng)用中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。