TPS65161/TPS65161A/TPS65161B：TFT LCD面板偏置電源的理想之選

在電子設(shè)備不斷發(fā)展的今天，TFT LCD顯示屏廣泛應(yīng)用于各種顯示器和液晶電視中。而對(duì)于TFT LCD面板來(lái)說(shuō)，穩(wěn)定可靠的偏置電源至關(guān)重要。TI推出的TPS65161、TPS65161A和TPS65161B系列產(chǎn)品，為TFT LCD面板提供了緊湊且高效的電源解決方案。

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產(chǎn)品概述

TPS65161系列為薄膜晶體管（TFT）LCD面板提供所需的四種電壓，憑借其高電流能力，非常適合大屏幕顯示器和液晶電視應(yīng)用。與TPS65160和TPS65160A相比，該系列設(shè)備的降壓轉(zhuǎn)換器輸出電流有所增加，其中TPS65161B還提高了電荷泵輸出電流和欠壓鎖定閾值。

產(chǎn)品特性

• 寬輸入電壓范圍：輸入電壓范圍為8V至14.7V，輸出電壓范圍可達(dá)19V。
• 不同的開關(guān)電流限制：TPS65161的開關(guān)電流限制為2.8A，TPS65161A和TPS65161B的開關(guān)電流限制為3.7A，且TPS65161B的電荷泵輸出電流可達(dá)100mA。
• 高精度降壓轉(zhuǎn)換器：具有1.5%精度的2.3A降壓轉(zhuǎn)換器。
• 固定開關(guān)頻率：提供500kHz/750kHz的固定開關(guān)頻率。
• 電荷泵驅(qū)動(dòng)：包含用于(V{GL})的負(fù)電荷泵驅(qū)動(dòng)器和用于(V{GH})的正電荷泵驅(qū)動(dòng)器。
• 可調(diào)節(jié)的電源排序：可對(duì)(V{GL})和(V{GH})進(jìn)行可調(diào)節(jié)的排序。
• 多種保護(hù)功能：具備內(nèi)部和可調(diào)節(jié)軟啟動(dòng)、短路保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)和熱關(guān)斷等功能。
• 封裝形式：采用HTSSOP - 28封裝。

詳細(xì)功能解析

升壓轉(zhuǎn)換器

升壓轉(zhuǎn)換器采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）方式，開關(guān)頻率可通過(guò)FREQ引腳設(shè)置為500kHz或750kHz。它采用獨(dú)特的快速響應(yīng)、電壓模式控制器方案，并帶有輸入電壓前饋，能實(shí)現(xiàn)出色的線路和負(fù)載調(diào)節(jié)。即使在輕負(fù)載時(shí)，也能保持連續(xù)導(dǎo)通模式，避免了標(biāo)準(zhǔn)非同步升壓轉(zhuǎn)換器中開關(guān)引腳的振鈴現(xiàn)象，簡(jiǎn)化了補(bǔ)償設(shè)計(jì)。

降壓轉(zhuǎn)換器

非同步降壓轉(zhuǎn)換器采用快速響應(yīng)電壓模式拓?fù)洌瑤в休斎腚妷呵梆?，固定開關(guān)頻率運(yùn)行。它驅(qū)動(dòng)一個(gè)內(nèi)部3.2A的N溝道MOSFET開關(guān)，通過(guò)自舉柵極驅(qū)動(dòng)電路為MOSFET提供足夠的柵極驅(qū)動(dòng)電壓。

正電荷泵

正電荷泵通過(guò)外部電阻分壓器設(shè)置輸出電壓，SUP引腳可連接到輸入電壓(V{IN})或主升壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓(V{S})。如果需要更高的輸出電壓，可以增加額外的電荷泵級(jí)。

負(fù)電荷泵

負(fù)電荷泵同樣通過(guò)外部電阻分壓器設(shè)置輸出電壓，它從輸入電壓(V{IN})運(yùn)行，將輸入電壓反相。如果(V{GL})需要低于(-V_{IN})，則需要增加額外的電荷泵級(jí)。

電源上電排序

TPS65161具有可調(diào)節(jié)的上電排序功能，通過(guò)連接到DLY1和DLY2的電容以及EN1和EN2進(jìn)行控制。EN1控制降壓轉(zhuǎn)換器和負(fù)電荷泵驅(qū)動(dòng)器的啟動(dòng)，DLY1設(shè)置兩者之間的延遲時(shí)間；EN2控制升壓轉(zhuǎn)換器和正電荷泵驅(qū)動(dòng)器的啟動(dòng)，DLY2設(shè)置降壓轉(zhuǎn)換器(V{(LOGIC)})和升壓轉(zhuǎn)換器(V{S})之間的延遲時(shí)間。

柵極驅(qū)動(dòng)引腳

GD引腳是一個(gè)開漏輸出，當(dāng)升壓轉(zhuǎn)換器(V_{S})處于調(diào)節(jié)范圍內(nèi)時(shí)，該引腳變?yōu)榈碗娖?，直到輸入電壓或使能EN2接地時(shí)才會(huì)改變。

欠壓鎖定

為避免設(shè)備在低輸入電壓下誤操作，該系列產(chǎn)品包含欠壓鎖定功能，當(dāng)電壓低于6V時(shí)，設(shè)備將關(guān)閉。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

輸入電容選擇

為了實(shí)現(xiàn)良好的輸入電壓濾波，建議使用低ESR陶瓷電容。AVIN引腳應(yīng)直接連接一個(gè)1μF的輸入電容到地，VINB引腳則需要兩個(gè)22μF的陶瓷電容并聯(lián)到地。

升壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)

• 驗(yàn)證輸出電流：首先要驗(yàn)證升壓轉(zhuǎn)換器的最大可能輸出電流是否滿足特定應(yīng)用需求，可以參考效率曲線或假設(shè)一個(gè)最壞情況下的效率值。
• 計(jì)算參數(shù)：包括占空比、最大輸出電流和峰值開關(guān)電流等參數(shù)。
• 電感選擇：通常選擇10μH的電感，也可以考慮6.8μH或22μH的電感。電感的飽和電流應(yīng)高于峰值開關(guān)電流，并留有一定的余量。
• 輸出電容選擇：建議使用低ESR的陶瓷電容，通常三個(gè)22μF的陶瓷輸出電容并聯(lián)即可滿足大多數(shù)應(yīng)用需求。
• 整流二極管選擇：為了實(shí)現(xiàn)高效率，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。
• 設(shè)置輸出電壓和選擇前饋電容：通過(guò)外部電阻分壓器設(shè)置輸出電壓，并選擇合適的前饋電容來(lái)改善負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。
• 補(bǔ)償設(shè)計(jì)：通過(guò)調(diào)節(jié)連接到COMP引腳的外部組件來(lái)補(bǔ)償調(diào)節(jié)器環(huán)路。

降壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)

• 設(shè)置輸出電壓：使用外部電壓分壓器設(shè)置輸出電壓，通常選擇1.2kΩ的反饋電阻以確保最小負(fù)載電流。
• 選擇前饋電容：前饋電容設(shè)置轉(zhuǎn)換器環(huán)路傳遞函數(shù)中的零點(diǎn)，根據(jù)電感值選擇合適的電容值。
• 電感選擇：通常選擇15μH的電感，電感的飽和電流應(yīng)至少滿足轉(zhuǎn)換器的最大輸出電流。
• 整流二極管選擇：使用肖特基二極管，其反向電壓額定值應(yīng)高于降壓轉(zhuǎn)換器的最大輸出電壓。
• 輸出電容選擇：建議使用兩個(gè)22μF的陶瓷輸出電容，可根據(jù)需要增加電容以改善負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。

布局考慮

PCB布局對(duì)于電源設(shè)計(jì)至關(guān)重要，不正確的布局可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器不穩(wěn)定、負(fù)載調(diào)節(jié)問(wèn)題、噪聲和EMI問(wèn)題。以下是一些布局建議：

• 分離AVIN和VINB的電源供應(yīng)走線，并使用單獨(dú)的旁路電容。
• 使用短而寬的走線將OS引腳連接到升壓轉(zhuǎn)換器的輸出。
• 使用470nF的旁路電容將OS引腳接地，以減少噪聲耦合。
• 將降壓轉(zhuǎn)換器的整流二極管盡可能靠近SWB引腳放置。
• 縮短(V{GH})和(V{GL})的電荷泵驅(qū)動(dòng)引腳的走線，因?yàn)檫@些走線攜帶開關(guān)波形。
• 在SUP引腳和地之間放置一個(gè)1μF的旁路電容。
• 將飛跨電容盡可能靠近DRP和DRN引腳放置，避免這些引腳出現(xiàn)高電壓尖峰。
• 將肖特基二極管盡可能靠近IC放置，特別是與連接到DRP和DRN的飛跨電容相關(guān)的二極管。
• 將負(fù)電荷泵的反饋網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)離驅(qū)動(dòng)引腳走線，以避免寄生耦合。
• 在REF引腳和地之間直接連接一個(gè)220nF的電容，以確保參考電壓穩(wěn)定且無(wú)噪聲。

應(yīng)用示例

文檔中給出了多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換電路示例，如12V到15V、12V到18V、12V到13.5V以及12V到17V的轉(zhuǎn)換電路，這些示例詳細(xì)展示了TPS65161系列在不同應(yīng)用場(chǎng)景下的具體電路設(shè)計(jì)。

總結(jié)

TPS65161、TPS65161A和TPS65161B系列產(chǎn)品為TFT LCD面板提供了全面且可靠的電源解決方案。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)和布局，工程師可以充分發(fā)揮這些產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)，滿足各種TFT LCD顯示應(yīng)用的需求。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和要求，仔細(xì)選擇和調(diào)整各個(gè)組件的參數(shù)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類似電源設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。