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

在電子設備不斷發(fā)展的今天，TFT LCD顯示屏廣泛應用于各種顯示器和液晶電視中。而對于TFT LCD面板來說，穩(wěn)定可靠的偏置電源至關重要。TI推出的TPS65161、TPS65161A和TPS65161B系列產品，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用。與TPS65160和TPS65160A相比，該系列設備的降壓轉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19V。
• 不同的開關電流限制：TPS65161的開關電流限制為2.8A，TPS65161A和TPS65161B的開關電流限制為3.7A，且TPS65161B的電荷泵輸出電流可達100mA。
• 高精度降壓轉換器：具有1.5%精度的2.3A降壓轉換器。
• 固定開關頻率：提供500kHz/750kHz的固定開關頻率。
• 電荷泵驅動：包含用于(V{GL})的負電荷泵驅動器和用于(V{GH})的正電荷泵驅動器。
• 可調節(jié)的電源排序：可對(V{GL})和(V{GH})進行可調節(jié)的排序。
• 多種保護功能：具備內部和可調節(jié)軟啟動、短路保護、過壓保護和熱關斷等功能。
• 封裝形式：采用HTSSOP - 28封裝。

詳細功能解析

升壓轉換器

升壓轉換器采用脈沖寬度調制（PWM）方式，開關頻率可通過FREQ引腳設置為500kHz或750kHz。它采用獨特的快速響應、電壓模式控制器方案，并帶有輸入電壓前饋，能實現(xiàn)出色的線路和負載調節(jié)。即使在輕負載時，也能保持連續(xù)導通模式，避免了標準非同步升壓轉換器中開關引腳的振鈴現(xiàn)象，簡化了補償設計。

降壓轉換器

非同步降壓轉換器采用快速響應電壓模式拓撲，帶有輸入電壓前饋，固定開關頻率運行。它驅動一個內部3.2A的N溝道MOSFET開關，通過自舉柵極驅動電路為MOSFET提供足夠的柵極驅動電壓。

正電荷泵

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

負電荷泵

負電荷泵同樣通過外部電阻分壓器設置輸出電壓，它從輸入電壓(V{IN})運行，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。

電源上電排序

TPS65161具有可調節(jié)的上電排序功能，通過連接到DLY1和DLY2的電容以及EN1和EN2進行控制。EN1控制降壓轉換器和負電荷泵驅動器的啟動，DLY1設置兩者之間的延遲時間；EN2控制升壓轉換器和正電荷泵驅動器的啟動，DLY2設置降壓轉換器(V{(LOGIC)})和升壓轉換器(V{S})之間的延遲時間。

柵極驅動引腳

GD引腳是一個開漏輸出，當升壓轉換器(V_{S})處于調節(jié)范圍內時，該引腳變?yōu)榈碗娖?，直到輸入電壓或使能EN2接地時才會改變。

欠壓鎖定

為避免設備在低輸入電壓下誤操作，該系列產品包含欠壓鎖定功能，當電壓低于6V時，設備將關閉。

設計要點

輸入電容選擇

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

升壓轉換器設計

• 驗證輸出電流：首先要驗證升壓轉換器的最大可能輸出電流是否滿足特定應用需求，可以參考效率曲線或假設一個最壞情況下的效率值。
• 計算參數(shù)：包括占空比、最大輸出電流和峰值開關電流等參數(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。電感的飽和電流應高于峰值開關電流，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22μF的陶瓷輸出電容并聯(lián)即可滿足大多數(shù)應用需求。
• 整流二極管選擇：為了實現(xiàn)高效率，應使用肖特基二極管，其反向電壓額定值應高于轉換器的最大輸出電壓。
• 設置輸出電壓和選擇前饋電容：通過外部電阻分壓器設置輸出電壓，并選擇合適的前饋電容來改善負載瞬態(tài)響應。
• 補償設計：通過調節(jié)連接到COMP引腳的外部組件來補償調節(jié)器環(huán)路。

降壓轉換器設計

• 設置輸出電壓：使用外部電壓分壓器設置輸出電壓，通常選擇1.2kΩ的反饋電阻以確保最小負載電流。
• 選擇前饋電容：前饋電容設置轉換器環(huán)路傳遞函數(shù)中的零點，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，電感的飽和電流應至少滿足轉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高于降壓轉換器的最大輸出電壓。
• 輸出電容選擇：建議使用兩個22μF的陶瓷輸出電容，可根據(jù)需要增加電容以改善負載瞬態(tài)響應。

布局考慮

PCB布局對于電源設計至關重要，不正確的布局可能導致轉換器不穩(wěn)定、負載調節(jié)問題、噪聲和EMI問題。以下是一些布局建議：

• 分離AVIN和VINB的電源供應走線，并使用單獨的旁路電容。
• 使用短而寬的走線將OS引腳連接到升壓轉換器的輸出。
• 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})的電荷泵驅動引腳的走線，因為這些走線攜帶開關波形。
• 在SUP引腳和地之間放置一個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的飛跨電容相關的二極管。
• 將負電荷泵的反饋網絡遠離驅動引腳走線，以避免寄生耦合。
• 在REF引腳和地之間直接連接一個220nF的電容，以確保參考電壓穩(wěn)定且無噪聲。

應用示例

文檔中給出了多個標準轉換電路示例，如12V到15V、12V到18V、12V到13.5V以及12V到17V的轉換電路，這些示例詳細展示了TPS65161系列在不同應用場景下的具體電路設計。

總結

TPS65161、TPS65161A和TPS65161B系列產品為TFT LCD面板提供了全面且可靠的電源解決方案。通過合理的設計和布局，工程師可以充分發(fā)揮這些產品的優(yōu)勢，滿足各種TFT LCD顯示應用的需求。在實際設計過程中，需要根據(jù)具體的應用場景和要求，仔細選擇和調整各個組件的參數(shù)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。你在實際應用中是否遇到過類似電源設計的挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經驗和見解。