TPS65160/TPS65160A：TFT LCD面板偏置電源的理想之選

在電子設(shè)備的設(shè)計中，電源管理是至關(guān)重要的一環(huán)，尤其是對于TFT LCD面板這類對電源要求較高的設(shè)備。德州儀器（TI）的TPS65160和TPS65160A芯片，為TFT LCD面板提供了緊湊且高效的電源解決方案。下面我們就來詳細(xì)了解一下這兩款芯片。

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一、產(chǎn)品概述

TPS65160和TPS65160A專為電視和顯示器TFT LCD面板提供偏置電源，能滿足薄膜晶體管（TFT）LCD面板所需的四種電壓。憑借其高電流能力，該設(shè)備非常適合大屏幕顯示器面板和LCD電視應(yīng)用。

二、產(chǎn)品特性

1. 輸入輸出電壓范圍

• 輸入電壓范圍為8 - 14V，(V_{S})輸出電壓范圍最高可達(dá)20V（TPS65160）或17.5V（TPS65160A），能適應(yīng)多種電源環(huán)境。

  2. 轉(zhuǎn)換器性能

• 1%精度的升壓轉(zhuǎn)換器，開關(guān)電流可達(dá)2.8A，能有效提升電源轉(zhuǎn)換效率。
• 1.5%精度的1.8A降壓轉(zhuǎn)換器，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的邏輯電壓。

  3. 開關(guān)頻率

• 具有500kHz/750kHz固定開關(guān)頻率，可通過FREQ引腳選擇，滿足不同應(yīng)用場景的需求。

  4. 電荷泵驅(qū)動

• 提供負(fù)電荷泵驅(qū)動（VGL）和正電荷泵驅(qū)動（VGH），并支持VGL和VGH的可調(diào)排序。

  5. 其他特性

• 具備柵極驅(qū)動信號，可驅(qū)動外部MOSFET，實(shí)現(xiàn)輸入輸出隔離。
• 內(nèi)部和可調(diào)軟啟動功能，可防止啟動時的高浪涌電流。
• 擁有短路保護(hù)、過壓保護(hù)（TPS65160為23V，TPS65160A為19.5V）和熱關(guān)斷功能，保障設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
• 采用HTSSOP - 28封裝，便于安裝和集成。

三、電氣特性

1. 電源電流

• 不同輸入電壓和工作模式下，靜態(tài)電流和關(guān)斷電流都控制在較低水平，有助于降低功耗。

  2. 邏輯信號

• 對EN1、EN2和FREQ引腳的高低電平輸入電壓有明確要求，確保信號的準(zhǔn)確傳輸和控制。

  3. 振蕩器頻率

• FREQ引腳可設(shè)置振蕩器頻率，高電平時為750kHz，低電平時為500kHz。

  4. 轉(zhuǎn)換器性能

• 升壓轉(zhuǎn)換器和降壓轉(zhuǎn)換器在輸出電壓范圍、反饋調(diào)節(jié)電壓、開關(guān)電流限制等方面都有出色的表現(xiàn)，保證了電源的穩(wěn)定性和可靠性。

四、詳細(xì)設(shè)計

1. 升壓轉(zhuǎn)換器

• 工作模式：采用脈沖寬度調(diào)制（PWM），固定開關(guān)頻率，具有快速響應(yīng)和輸入電壓前饋功能，能實(shí)現(xiàn)出色的線路和負(fù)載調(diào)節(jié)。
• 軟啟動：通過連接到SS引腳的外部電容設(shè)置軟啟動時間，防止啟動時的高浪涌電流。
• 過壓保護(hù)：當(dāng)反饋引腳浮動或短路到地時，可保護(hù)主開關(guān)Q2，確保設(shè)備安全。

  2. 降壓轉(zhuǎn)換器

• 工作模式：采用快速響應(yīng)電壓模式拓?fù)?，固定開關(guān)頻率，內(nèi)部補(bǔ)償簡單，適用于陶瓷輸出電容器。
• 軟啟動：內(nèi)部軟啟動功能可避免啟動時的高浪涌電流，啟動時間通常在1ms內(nèi)完成。
• 短路保護(hù)：通過逐周期電流限制和降低開關(guān)頻率，限制短路電流，保護(hù)設(shè)備。

  3. 正電荷泵和負(fù)電荷泵

• 正電荷泵：通過外部電阻分壓器設(shè)置輸出電壓，可提供高達(dá)Vsup + Vs的輸出電壓。
• 負(fù)電荷泵：同樣通過外部電阻分壓器設(shè)置輸出電壓，輸出電壓為VGL = (–VSUP) + Vdrop。

  4. 上電排序

• 通過連接到DLY1和DLY2的電容器設(shè)置可調(diào)上電排序，由EN1和EN2控制，確保各電源按順序啟動。

  5. 柵極驅(qū)動引腳

• GD引腳為開漏輸出，當(dāng)升壓轉(zhuǎn)換器輸出在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)時為低電平，可用于控制外部MOSFET開關(guān)。

  6. 欠壓鎖定

• 當(dāng)輸入電壓低于6V時，設(shè)備將自動關(guān)閉，避免誤操作。

五、元件選擇

1. 輸入電容器

• 推薦使用低ESR陶瓷電容器，AVIN引腳連接1μF電容器，VINB引腳連接兩個22μF電容器，以實(shí)現(xiàn)良好的輸入電壓濾波。

  2. 電感選擇

• 升壓轉(zhuǎn)換器：通常使用10μH電感，電感飽和電流應(yīng)高于峰值開關(guān)電流，DC電阻越低效率越高。
• 降壓轉(zhuǎn)換器：通常使用15μH電感，電感額定電流應(yīng)至少為轉(zhuǎn)換器最大輸出電流加上電感紋波電流。

  3. 輸出電容器

• 升壓轉(zhuǎn)換器：推薦使用三個22μF陶瓷電容器并聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)最佳輸出電壓濾波。
• 降壓轉(zhuǎn)換器：使用兩個22μF陶瓷電容器，可根據(jù)需要增加電容以改善負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。

  4. 整流二極管

• 推薦使用肖特基二極管，反向電壓額定值應(yīng)高于轉(zhuǎn)換器最大輸出電壓，平均整流正向電流額定值應(yīng)滿足要求。

六、布局考慮

PCB布局對于電源供應(yīng)設(shè)計至關(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(yīng)走線，并使用單獨(dú)的旁路電容器。
• 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旁路電容器將OS引腳接地，以減少噪聲耦合。
• 對VGH和VGL的電荷泵驅(qū)動引腳（DRN、DRP）使用短走線，因?yàn)檫@些走線攜帶開關(guān)波形。
• 將飛跨電容器盡可能靠近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，分別對應(yīng)連接到DRP和DRN的飛跨電容器。
• 將負(fù)電荷泵的反饋網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)離負(fù)電荷泵的驅(qū)動引腳走線，以避免寄生耦合到負(fù)電荷泵的反饋網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)良好的輸出電壓精度和負(fù)載調(diào)節(jié)。

七、應(yīng)用示例

文檔中提供了多個應(yīng)用電路示例，包括正電荷泵倍增器、驅(qū)動隔離FET以及12V到13.5V轉(zhuǎn)換等，為工程師在實(shí)際設(shè)計中提供了參考。

TPS65160和TPS65160A芯片憑借其豐富的特性、出色的電氣性能和詳細(xì)的設(shè)計指導(dǎo)，為TFT LCD面板的電源設(shè)計提供了全面的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師可以根據(jù)具體需求選擇合適的芯片，并按照設(shè)計指南進(jìn)行元件選擇和PCB布局，以確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)交流分享。