TPS65162：LCD偏置IC的卓越之選

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，LCD偏置IC扮演著至關(guān)重要的角色。今天，我們就來深入了解一下德州儀器（TI）推出的一款緊湊型LCD偏置IC——TPS65162，它專為電視LCD面板設(shè)計(jì)，具有諸多出色的特性和功能。

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一、產(chǎn)品概述

TPS65162是一款帶有兩個(gè)高速運(yùn)算放大器的緊湊型LCD偏置IC，為(V_{com})電源供電。其高電流能力使其非常適合大型LCD顯示器和LCD電視應(yīng)用。該IC能夠生成TFT LCD所需的所有四個(gè)電壓軌（(Vs)、(V{logic})、(V{GH})和(V{GL})），并包含兩個(gè)運(yùn)算放大器來生成(V_{COM})電源軌。

二、產(chǎn)品特性

（一）電源相關(guān)特性

1. 輸入電壓范圍：支持8 - 14.7V的輸入電壓范圍，能適應(yīng)多種電源環(huán)境。
2. 開關(guān)頻率：具備500kHz / 750kHz的固定開關(guān)頻率，可根據(jù)需求通過FREQ引腳進(jìn)行選擇。較低的開關(guān)頻率能帶來更高的效率，但負(fù)載瞬態(tài)調(diào)節(jié)性能會(huì)稍有降低。
3. 輸出電壓：
   • 升壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓最高可達(dá)19V，且具有1%的精度，開關(guān)電流為2.8A。
   • 2.5A的降壓轉(zhuǎn)換器，可提供穩(wěn)定的邏輯電壓。
   • 調(diào)節(jié)后的正電荷泵驅(qū)動(dòng)器(V{GH})和負(fù)電荷泵驅(qū)動(dòng)器(V{GL})，為TFT提供偏置電壓。
4. 保護(hù)功能：
   • 具有過壓保護(hù)功能，可防止升壓轉(zhuǎn)換器的開關(guān)電壓超過絕對(duì)最大開關(guān)電壓額定值。
   • 輸入到輸出隔離開關(guān)可提供短路保護(hù)，當(dāng)輸出短路時(shí)，能限制(V_S)電流。
   • 還具備熱關(guān)斷功能，當(dāng)溫度超過160°C時(shí)，設(shè)備會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，溫度下降后會(huì)自動(dòng)重啟。

（二）放大器特性

集成了兩個(gè)高速運(yùn)算放大器，具有50MHz的3dB帶寬、55V/μs的壓擺率和215mA的短路電流，可滿足高速信號(hào)處理的需求。

（三）其他特性

1. 軟啟動(dòng)功能：所有轉(zhuǎn)換器都具備軟啟動(dòng)功能，可減少啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流。
2. 門電壓整形：能夠改善TFT - LCD的圖像質(zhì)量，減少閃爍效應(yīng)。
3. 可調(diào)上電時(shí)序：通過調(diào)整連接到DLY1和DLY2的電容器，可以設(shè)置啟動(dòng)順序。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

TPS65162主要應(yīng)用于LCD電視和LCD顯示器，為這些設(shè)備提供穩(wěn)定的電源和信號(hào)處理支持。

四、技術(shù)參數(shù)

（一）絕對(duì)最大額定值

輸入電壓范圍為 - 0.3至16.8V，不同引腳的電壓范圍也有相應(yīng)限制。工作結(jié)溫范圍為 - 40至150°C，工作環(huán)境溫度范圍為 - 65至85°C。

（二）推薦工作條件

輸入電壓范圍為8 - 14.7V，工作環(huán)境溫度為 - 40至85°C，工作結(jié)溫為 - 40至125°C。

（三）電氣特性

涵蓋了電源電流、邏輯信號(hào)、控制和軟啟動(dòng)、內(nèi)部振蕩器、升壓轉(zhuǎn)換器、隔離開關(guān)、門電壓整形、降壓轉(zhuǎn)換器、負(fù)電荷泵、正電荷泵輸出以及運(yùn)算放大器等多個(gè)方面的參數(shù)。例如，輸入電壓范圍為8 - 14.7V，關(guān)機(jī)電流較小，靜態(tài)電流在一定范圍內(nèi)波動(dòng)等。

五、引腳分配和功能

TPS65162采用48引腳的7x7mm QFN封裝，每個(gè)引腳都有特定的功能。例如，POS1和POS2是運(yùn)算放大器的非反相輸入引腳，OUT1和OUT2是運(yùn)算放大器的輸出引腳，VDD是門電壓整形的閾值電壓引腳等。了解這些引腳的功能，對(duì)于正確使用該IC至關(guān)重要。

六、典型特性

文檔中給出了多個(gè)典型特性的圖表，包括升壓轉(zhuǎn)換器和降壓轉(zhuǎn)換器的效率與負(fù)載電流的關(guān)系、PWM操作、軟啟動(dòng)、負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)、短路保護(hù)、過壓保護(hù)等，以及系統(tǒng)性能方面的上電時(shí)序和門電壓整形等。通過這些圖表，我們可以直觀地了解該IC在不同工作條件下的性能表現(xiàn)。

七、應(yīng)用信息

（一）熱關(guān)斷和欠壓鎖定

熱關(guān)斷功能可防止設(shè)備因過熱和功率耗散而損壞，欠壓鎖定功能可避免設(shè)備在低輸入電壓下出現(xiàn)故障。

（二）參考輸出

設(shè)備提供參考輸出，用于調(diào)節(jié)負(fù)電荷泵，為保證參考電壓穩(wěn)定，需在REF引腳和AGND之間連接一個(gè)220nF的旁路電容器。

（三）啟動(dòng)順序

啟動(dòng)順序可通過調(diào)整連接到DLY1和DLY2的電容器來設(shè)置，由EN1和EN2信號(hào)控制。

（四）延遲時(shí)間設(shè)置

通過在DLY1和DLY2引腳連接外部電容器，可以設(shè)置延遲時(shí)間，計(jì)算公式為(C{dty}=frac{5 mu A × t3kspceigf27}{V{REF}}=frac{5 mu A × t3kspceigf27}{1.280 V})，其中(t_3kspceigf27)為所需的延遲時(shí)間。

八、電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）升壓轉(zhuǎn)換器

1. 設(shè)計(jì)步驟：首先要驗(yàn)證升壓轉(zhuǎn)換器的最大輸出電流是否滿足應(yīng)用需求，通過估算轉(zhuǎn)換器效率來計(jì)算穩(wěn)態(tài)值。
2. 元件選擇：
   • 電感：通常使用10μH的電感，電感的飽和電流應(yīng)高于峰值開關(guān)電流，且直流電阻越低，轉(zhuǎn)換器效率越高。
   • 輸出電容：建議使用低ESR的陶瓷電容，在輸入 - 輸出隔離開關(guān)前使用一個(gè)10μF的陶瓷電容，開關(guān)后可并聯(lián)多個(gè)10μF或22μF的陶瓷電容。
   • 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)間和典型開關(guān)電流計(jì)算。
3. 輸出電壓設(shè)置：通過外部電阻分壓器設(shè)置輸出電壓，計(jì)算公式為(V_{out }=1.268 V timesleft(1+frac{R 1}{R 2}right))，同時(shí)需要在上方電阻上跨接一個(gè)旁路電容來加快負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。
4. 補(bǔ)償：通過調(diào)整連接到VC引腳的外部元件來補(bǔ)償調(diào)節(jié)器環(huán)路，通常使用一個(gè)22nF的電容即可。

（二）正電荷泵和負(fù)電荷泵

1. 輸出電壓設(shè)置：正電荷泵的輸出電壓計(jì)算公式為(V{out }=V{REF } timesleft(1+frac{R 5}{R 6}right)=1.265 V timesleft(1+frac{R 5}{R 6}right))，負(fù)電荷泵的輸出電壓計(jì)算公式為(V{out }=-V{REF } × frac{R 3}{R 4}=-1.265 V × frac{R 3}{R 4})。
2. 元件選擇：負(fù)電荷泵需要兩個(gè)外部肖特基二極管，其峰值電流額定值必須是輸出負(fù)載電流的兩倍。

（三）降壓轉(zhuǎn)換器

1. 軟啟動(dòng)和短路保護(hù)：內(nèi)部軟啟動(dòng)可避免啟動(dòng)時(shí)的高浪涌電流，短路保護(hù)通過逐周期電流限制和降低開關(guān)頻率來實(shí)現(xiàn)。
2. 輸出電壓設(shè)置：通過外部電壓分壓器設(shè)置輸出電壓，計(jì)算公式為(V_{out }=1.265 V timesleft(1+frac{R 5}{R 6}right))。
3. 元件選擇：
   • 電感：通常使用10μH的電感，電感的額定電流應(yīng)至少為轉(zhuǎn)換器的最大輸出電流加上電感紋波電流。
   • 整流二極管：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：使用兩個(gè)22μF的陶瓷電容即可滿足大多數(shù)應(yīng)用需求。

（四）運(yùn)算放大器

1. 電源和旁路電容：運(yùn)算放大器的電源引腳為AVIN，需在該引腳和地之間連接一個(gè)1μF的旁路電容，以提高性能和減少輸出噪聲。
2. 負(fù)載驅(qū)動(dòng)：運(yùn)算放大器不適合直接驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載，若需要驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載，可在輸出端使用一個(gè)3.3Ω的串聯(lián)電阻。
3. 終端處理：對(duì)于未使用的放大器，應(yīng)將負(fù)端連接到輸出端，正端連接到地，輸出端留空，以降低設(shè)備的靜態(tài)電流。

九、PCB布局設(shè)計(jì)指南

1. 首先放置電源組件，并使用寬PCB走線進(jìn)行布線。
2. 在SUP引腳和AVIN引腳與地之間直接放置1μF的旁路電容。
3. 使用短而寬的走線將SUP引腳連接到升壓轉(zhuǎn)換器的輸出(V_s)。
4. 在REF引腳和地之間靠近IC引腳處放置220nF的參考電容。
5. 負(fù)電荷泵的反饋電阻應(yīng)大于40kΩ。
6. 對(duì)于VGL的電荷泵驅(qū)動(dòng)引腳（DRVN），應(yīng)使用短走線，因?yàn)檫@些走線會(huì)攜帶開關(guān)波形。
7. 將QFN封裝的PowerPAD?焊接到地，并使用熱過孔降低熱阻。

十、總結(jié)

TPS65162是一款功能強(qiáng)大、性能出色的LCD偏置IC，具有豐富的特性和保護(hù)功能，適用于多種LCD應(yīng)用。在設(shè)計(jì)過程中，我們需要根據(jù)其技術(shù)參數(shù)和應(yīng)用信息，合理選擇元件，優(yōu)化電路設(shè)計(jì)和PCB布局，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。你在使用TPS65162的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。