TPS65149：高度集成的LCD偏置解決方案

在LCD顯示器設(shè)計領(lǐng)域，尋找一款高度集成、性能卓越的偏置解決方案至關(guān)重要。德州儀器（TI）的TPS65149便是這樣一款值得關(guān)注的產(chǎn)品，它為使用ASG/GIP技術(shù)的LCD顯示器提供了全面的偏置解決方案。今天，我們就來深入了解一下TPS65149的特性、應(yīng)用及設(shè)計要點。

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一、產(chǎn)品概述

TPS65149專為使用ASG/GIP技術(shù)的LCD顯示器設(shè)計，是一款高度集成的解決方案。它將升壓轉(zhuǎn)換器、正負電荷泵控制器、可編程 (V_{COM}) 發(fā)生器和8通道電平轉(zhuǎn)換器集成在一個芯片中，能有效減少外部元件數(shù)量，降低設(shè)計復(fù)雜度。

（一）產(chǎn)品特性

1. 寬輸入電壓范圍：輸入電壓范圍為3V至6V，能適應(yīng)多種電源環(huán)境。
2. 強大的升壓轉(zhuǎn)換器：具有4A開關(guān)電流限制，輸出電壓最高可達18V，還具備過壓保護功能。開關(guān)頻率可選（640kHz或1.2MHz），并支持可編程軟啟動。
3. 溫度補償功能：正電荷泵控制器支持溫度補償，可在高溫時降低 (V_{GH}) ，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。
4. 豐富的功能模塊：包含負電荷泵控制器、8通道電平轉(zhuǎn)換器、兩個面板放電信號、XAO復(fù)位信號和數(shù)字可編程 (V_{COM}) 緩沖器。
5. 可靠的保護機制：具備熱關(guān)斷功能，確保在高溫環(huán)境下系統(tǒng)安全。
6. 小巧的封裝：采用56引腳7×7mm QFN封裝，節(jié)省電路板空間。

（二）應(yīng)用領(lǐng)域

主要應(yīng)用于使用ASG/GIP技術(shù)的LCD顯示器，為顯示器提供穩(wěn)定的偏置電壓。

二、關(guān)鍵參數(shù)與性能

（一）絕對最大額定值

了解產(chǎn)品的絕對最大額定值對于確保其安全可靠運行至關(guān)重要。TPS65149在不同引腳電壓、ESD評級、功率耗散、溫度范圍等方面都有明確的限制。例如，部分引腳電壓最大為7V，DVRO、AVDD、SW、HVS引腳最大為20V，DRVP、VGH引腳最大為40V等。ESD評級方面，人體模型為2kV，機器模型為200V，帶電設(shè)備模型為500V。在溫度方面，環(huán)境溫度范圍為 -40°C至85°C，結(jié)溫范圍為 -40°C至150°C，存儲溫度范圍為 -65°C至150°C。

（二）熱信息

熱性能是影響芯片性能和可靠性的重要因素。TPS65149的熱阻參數(shù)包括結(jié)到環(huán)境熱阻 (q{JA}) 為27.4°C/W，結(jié)到頂部熱阻 (q{JC(top)}) 為20.4°C/W，結(jié)到板熱阻 (q_{JB}) 為7.1°C/W等。通過合理的散熱設(shè)計，可以確保芯片在工作過程中保持良好的熱性能。

（三）推薦工作條件

在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)推薦工作條件來使用TPS65149。例如，輸入電壓范圍為3V至6V，升壓轉(zhuǎn)換器輸出電壓范圍為7V至18V， (V{GH}) 電平轉(zhuǎn)換器正電源電壓范圍為15V至38V， (V{GL1}) 和 (V_{GL2}) 電平轉(zhuǎn)換器負電源電壓范圍為 -3V至 -15V等。

（四）電氣特性

電氣特性是評估芯片性能的重要指標(biāo)。在 (V{IN}=5V) 、 (V{AVDD}=13.6V) 、 (V{GH}=28V) 、 (V{GL1}=V{GL2}=-10V) 、 (T{A}=-40^{circ}C) 至85°C、FREQ = high的條件下，TPS65149的各項電氣參數(shù)表現(xiàn)良好。例如，VIN電源電流在設(shè)備不開關(guān)且 (V{FB}=V{L}+5%) 時為0.75mA，正電源電流為0.04mA等。

三、引腳功能與設(shè)計要點

（一）引腳分配與功能

TPS65149共有56個引腳，每個引腳都有特定的功能。例如，F(xiàn)BPH引腳用于設(shè)置正電荷泵的最大輸出電壓，COMP引腳用于連接補償網(wǎng)絡(luò)以優(yōu)化升壓轉(zhuǎn)換器的性能，SS引腳通過連接電容控制升壓轉(zhuǎn)換器的啟動特性等。詳細了解每個引腳的功能，有助于正確設(shè)計電路。

（二）升壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計

1. 參數(shù)計算：設(shè)計升壓轉(zhuǎn)換器時，首先要計算峰值開關(guān)電流。可以通過典型特性曲線估算轉(zhuǎn)換器效率，然后根據(jù)公式 (D = 1 - frac{V{IN} × eta}{V{AVDD}}) 計算占空比，再根據(jù)公式 (Delta I{L}=frac{V{IN} × D}{f × L}) 計算電感電流變化，最后根據(jù)公式 (V(PK)=frac{I{AVDD}}{1 - D}+frac{Delta I{L}}{2}) 計算峰值開關(guān)電流。
2. 元件選擇
   • 電感：當(dāng)使用較高開關(guān)頻率時，電感范圍為3.3μH至6.8μH；使用較低開關(guān)頻率時，電感范圍為7μH至13μH。電感的飽和電流應(yīng)大于峰值開關(guān)電流，并留有一定余量。
   • 整流二極管：推薦使用肖特基二極管，其反向電壓額定值應(yīng)大于20V，平均整流電流額定值應(yīng)至少等于最大 (I_{AVDD}) 。
   • 輸入電容：為了實現(xiàn)良好的電源電壓濾波，推薦使用低ESR陶瓷電容，VIN引腳應(yīng)使用100nF至1μF的陶瓷電容進行去耦。

（三）正電荷泵設(shè)計

1. 輸出電壓設(shè)置：正電荷泵的輸出電壓具有溫度補償特性，其輸出電壓在高溫時會降低。可以通過連接到FBPH和FBP引腳的電阻來設(shè)置 (V{GH(COLD)}) ，通過內(nèi)部鉗位電路和連接到FBP引腳的電阻分壓器來設(shè)置 (V{GH(HOT)}) 。
2. 元件選擇
   • PNP晶體管：用于調(diào)節(jié) (V{GH}) 的PNP晶體管的DC增益（ (h{FE}) ）應(yīng)至少為100，并且能夠承受 (V_{GH}) 電壓。
   • 二極管：小信號二極管適用于大多數(shù)低電流應(yīng)用，較高額定值的二極管適用于高功率應(yīng)用。二極管的反向電壓額定值應(yīng)等于兩倍的 (V_{AVDD}) 。
   • 電容：推薦使用低ESR陶瓷電容，電容值范圍為1μF至10μF。飛行電容范圍為100nF至1μF，串聯(lián)一個幾歐姆的電阻可以限制開關(guān)瞬間的峰值電流。

（四）負電荷泵設(shè)計

1. 輸出電壓設(shè)置：負電荷泵的輸出電壓通過電阻分壓器編程，根據(jù)公式 (V{GL1}=-V{REF} × frac{R{13}}{R{14}}) 計算。為了實現(xiàn)最佳精度，建議將從VL引腳汲取的電流保持在250μA以下。
2. 元件選擇
   • NPN晶體管：用于調(diào)節(jié) (V{GL1}) 的NPN晶體管的DC增益（ (h{FE}) ）應(yīng)至少為100，并且能夠承受 (V_{AVDD}) 電壓。
   • 二極管：與正電荷泵類似，二極管的選擇要考慮平均電流和反向電壓額定值。
   • 電容：同樣推薦使用低ESR陶瓷電容，飛行電容和集電極電容范圍為100nF至1μF。

（五）可編程 (V_{COM}) 設(shè)計

TPS65149包含一個可編程 (V{COM}) 發(fā)生器，通過集成的7位DAC可以調(diào)節(jié)輸出電壓。可以將最佳 (V{COM}) 值存儲在片上EEPROM中，每次上電時DAC將被編程為該值。編程時需要考慮 (V{COM}) 的最大值、最大電流以及不同DAC設(shè)置下的 (V{COM}) 計算。

（六）電平轉(zhuǎn)換器與面板放電設(shè)計

TPS65149包含八個電平轉(zhuǎn)換通道和兩個用于面板放電的電平轉(zhuǎn)換輸出。電平轉(zhuǎn)換器的輸出在電源啟動和關(guān)閉時會跟蹤 (V{GL1}) 或 (V{GH}) ，具體取決于 (V_{DET}) 閾值。面板放電功能在電源關(guān)閉時用于放電LCD面板。

四、電源供應(yīng)時序

（一）升壓、電荷泵和 (V_{COM}) 發(fā)生器

當(dāng) (V{IN}{UVLO}) 時，所有功能禁用；當(dāng) (V{IN}>V{UVLO}) 且EN為低電平時，所有功能仍禁用；當(dāng) (V{IN}>V{UVLO}) 且EN變?yōu)楦唠娖綍r，升壓轉(zhuǎn)換器、負電荷泵和 (V_{COM}) 發(fā)生器首先啟用，當(dāng)升壓轉(zhuǎn)換器輸出達到功率良好閾值時，正電荷泵啟用；當(dāng)EN變?yōu)榈碗娖綍r，所有功能禁用。