德州儀器TPS65167/TPS65167A：TFT - LCD TV面板的緊湊型電源解決方案

在電子設(shè)備不斷發(fā)展的今天，對(duì)于TFT - LCD TV面板等顯示設(shè)備的電源管理需求日益復(fù)雜。德州儀器（TI）推出的TPS65167和TPS65167A芯片，為TFT - LCD TV面板提供了緊湊且功能強(qiáng)大的電源解決方案。接下來(lái)，我們將深入探討這兩款芯片的特性、參數(shù)、設(shè)計(jì)要點(diǎn)以及典型應(yīng)用。

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一、產(chǎn)品概述

TPS65167和TPS65167A專為大尺寸顯示器和電視面板應(yīng)用設(shè)計(jì)，能從12V電源軌運(yùn)行，為L(zhǎng)CD面板提供所需的所有電壓。該設(shè)備可生成TFT LCD偏置所需的3個(gè)電壓軌（Vs、VGL和VGH），還包含一個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器和一個(gè)LDO控制器，以提供兩個(gè)邏輯電壓軌。

二、產(chǎn)品特性

1. 輸入輸出電壓范圍

• 輸入電壓范圍為6V至14V，Vs輸出電壓范圍最高可達(dá)19V，能適應(yīng)多種電源環(huán)境。
• 提供不同的輸出電壓，如VGH可達(dá)30V，VGL為 - 5V，Vlogic為3.3V，Vaux為1.8V等，滿足LCD面板不同部分的供電需求。

2. 轉(zhuǎn)換器性能

• 升壓轉(zhuǎn)換器：具有3.5A開關(guān)電流，采用獨(dú)特的快速響應(yīng)、電壓模式控制器方案，固定開關(guān)頻率為750kHz，能實(shí)現(xiàn)出色的線路和負(fù)載調(diào)節(jié)，在整個(gè)負(fù)載電流范圍內(nèi)以固定頻率在連續(xù)導(dǎo)通模式下運(yùn)行。
• 降壓轉(zhuǎn)換器：2.5A降壓轉(zhuǎn)換器，輸出電壓可固定為3.3V或可調(diào)，同樣采用快速響應(yīng)電壓模式拓?fù)?，?qū)動(dòng)內(nèi)部2.8A N - 通道MOSFET開關(guān)。

3. 電荷泵功能

• 150mA負(fù)電荷泵驅(qū)動(dòng)器用于VGL，50mA正電荷泵用于VGH，正電荷泵可在倍壓器和三倍壓器模式之間自動(dòng)切換，以提供可調(diào)的TFT柵極導(dǎo)通電壓。

4. 保護(hù)與控制功能

• 具備升壓轉(zhuǎn)換器過(guò)壓保護(hù)、所有輸出的短路保護(hù)、熱關(guān)斷、欠壓鎖定等安全特性，確保設(shè)備在異常情況下的穩(wěn)定性。
• 支持高電壓應(yīng)力測(cè)試，通過(guò)拉高HVS引腳可將VGH輸出電壓設(shè)置為30V，Vs輸出電壓可編程為更高電壓。
• 具有可調(diào)的啟動(dòng)順序，可根據(jù)LCD的要求提供正確的電壓順序。

5. 其他特性

• LDO控制器用于邏輯電源，提供穩(wěn)定的邏輯電壓。
• 具備柵極電壓整形功能，可通過(guò)CTRL引腳控制VGH的輸出。
• 溫度傳感器輸出，可監(jiān)測(cè)芯片實(shí)際溫度。

三、電氣參數(shù)

1. 絕對(duì)最大額定值

• 各引腳的電壓范圍有明確限制，如AVIN、VINB等引腳電壓范圍為 - 0.3V至16.5V，EN、HVS等引腳為 - 0.3V至6V。
• 工作結(jié)溫范圍為 - 40°C至150°C，存儲(chǔ)溫度范圍為 - 65°C至150°C。

2. 推薦工作條件

• 輸入電壓范圍為6V至14V，工作環(huán)境溫度為 - 40°C至85°C，工作結(jié)溫為 - 40°C至125°C。
• 推薦使用特定的旁路電容，如REGOUT使用4.7μF，REF使用100nF。

3. 電氣特性

涵蓋了電源電流、參考電壓、邏輯信號(hào)、開關(guān)頻率、調(diào)節(jié)器輸出電壓等多項(xiàng)參數(shù)，為電路設(shè)計(jì)提供了詳細(xì)的參考。例如，升壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓范圍、反饋調(diào)節(jié)電壓、開關(guān)電流限制等，降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓精度、反饋調(diào)節(jié)電壓等。

四、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 啟動(dòng)順序

當(dāng)輸入電壓超過(guò)欠壓鎖定閾值時(shí)，降壓轉(zhuǎn)換器和LDO控制器同時(shí)啟動(dòng)。當(dāng)使能信號(hào)（EN）變高時(shí)，負(fù)電荷泵啟動(dòng)，隨后升壓轉(zhuǎn)換器Vs與正電荷泵同時(shí)啟動(dòng)?？赏ㄟ^(guò)連接外部電容到EN和GDLY引腳來(lái)設(shè)置延遲時(shí)間。

2. 升壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)

• 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，可根據(jù)效率曲線估算效率，進(jìn)而計(jì)算穩(wěn)態(tài)值。
• 電感選擇：推薦使用10μH電感，飽和電流應(yīng)高于峰值開關(guān)電流，直流電阻越低，轉(zhuǎn)換器效率越高。
• 輸出電容：推薦使用低ESR的陶瓷電容，如三個(gè)22μF或六個(gè)10μF陶瓷輸出電容并聯(lián)。
• 整流二極管：應(yīng)使用肖特基二極管，反向電壓額定值應(yīng)高于轉(zhuǎn)換器最大輸出電壓，電流額定值根據(jù)轉(zhuǎn)換器關(guān)斷時(shí)間和峰值開關(guān)電流計(jì)算。

3. 降壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)

• 輸出電壓可固定為3.3V或通過(guò)外部電阻分壓器調(diào)節(jié)。
• 電感選擇：通常使用10μH電感，要考慮電感的直流電阻和飽和電流。
• 整流二極管：使用肖特基二極管，根據(jù)降壓轉(zhuǎn)換器的關(guān)斷時(shí)間和最小開關(guān)電流計(jì)算平均整流正向電流。
• 輸出電容：推薦使用兩個(gè)22μF陶瓷輸出電容。

4. 正電荷泵設(shè)計(jì)

• 需要兩個(gè)330nF飛跨電容和1μF輸出電容以確保穩(wěn)定運(yùn)行。
• 輸出電壓可通過(guò)外部電阻分壓器設(shè)置，推薦將下反饋分壓器電阻R5保持在20kΩ左右，并在R4上跨接100pF前饋電容。

5. 負(fù)電荷泵設(shè)計(jì)

• 輸出電壓由外部電阻分壓器設(shè)置，參考輸出驅(qū)動(dòng)電流通常不超過(guò)30μA，下反饋電阻R8應(yīng)在40kΩ至120kΩ范圍內(nèi)。
• 需要兩個(gè)外部肖特基二極管，其峰值電流額定值應(yīng)為輸出負(fù)載電流的兩倍。

6. LDO控制器設(shè)計(jì)

• 輸出電壓可通過(guò)電阻分壓器設(shè)置，輸入電容使用1μF，輸出電容根據(jù)負(fù)載電流選擇，負(fù)載電流不超過(guò)300mA時(shí)使用10μF，超過(guò)300mA時(shí)使用22μF。
• 外部晶體管根據(jù)所需輸出電流和集電極飽和電壓選擇，同時(shí)要考慮最大功耗。

7. PCB布局設(shè)計(jì)

• 先放置加粗的電源組件，用寬PCB走線連接加粗的走線。
• 在SUP和AVIN引腳直接連接1μF旁路電容，SUPN引腳連接470nF旁路電容。
• 參考電容100nF應(yīng)直接從REF連接到GND，靠近IC引腳。
• 負(fù)電荷泵的反饋電阻應(yīng)大于40kΩ，DRVN引腳的走線要短，反饋電阻應(yīng)遠(yuǎn)離DRVN走線。
• 飛跨電容應(yīng)盡可能靠近C1P、C1N和C2P、C2N引腳。
• QFN封裝的PowerPad應(yīng)焊接到GND，并使用熱過(guò)孔降低熱阻。

五、典型應(yīng)用

文檔中給出了多種典型應(yīng)用電路，包括可調(diào)降壓轉(zhuǎn)換器、3.3V固定輸出電壓降壓轉(zhuǎn)換器、1.2V LDO控制器以及在升壓轉(zhuǎn)換器輸出端使用隔離開關(guān)的應(yīng)用電路，為工程師提供了實(shí)際設(shè)計(jì)的參考。

六、總結(jié)

TPS65167和TPS65167A芯片以其豐富的功能、良好的性能和全面的保護(hù)特性，為TFT - LCD TV面板的電源設(shè)計(jì)提供了優(yōu)秀的解決方案。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師需要根據(jù)具體應(yīng)用需求，合理選擇外部組件，優(yōu)化PCB布局，以確保設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類似芯片的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。