詳解TPS65175/TPS65175A：LCD偏置電源的理想選擇

在電子設備的設計中，電源管理是至關重要的一環，尤其是對于LCD顯示設備而言，合適的偏置電源能夠顯著提升顯示效果和穩定性。德州儀器（TI）的TPS65175和TPS65175A芯片，就是為LCD偏置應用量身打造的可編程電源解決方案。今天，我們就來詳細了解一下這兩款芯片的特點、應用和設計要點。

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芯片概述

TPS65175和TPS65175A是專為GIP TV設計的全可編程LCD偏置IC，集成了12通道電平轉換器和6通道伽馬緩沖器。它們提供了一個簡單而經濟的電源解決方案，適用于各種LCD偏置應用，包括LCD GIP/GOA TVs和LCD GIP/GOA Monitors。

主要特性

• 寬輸入電壓范圍：支持8.6V至14.7V的輸入電壓，能夠適應不同的電源環境。
• 多電壓輸出：
  • 升壓轉換器（VDD）：輸出電壓范圍為12.7V至19V（6位可編程）。
  • 降壓轉換器（VCC）：輸出電壓范圍為1.6V至2.0V和3.0V至3.6V（4位可編程）。
  • 同步降壓轉換器（HVDD）：輸出電壓跟蹤VDD。
  • 正電荷泵（VGH）：低溫時輸出電壓范圍為19V至34V（4位可編程），高溫時為17V至32V（4位可編程）。
  • 負電荷泵（VGL）：輸出電壓范圍為 -1.8V至 -8.1V（6位可編程）。
• 集成功能：
  • 集成輸入到輸出隔離開關，提高電源的安全性和穩定性。
  • 6通道伽馬緩沖器，為源驅動器提供精確的電壓參考。
  • 9位VCOM參考和3位VCOM增益，可實現靈活的VCOM電壓調整。
  • 具備VGH和VCOM的溫度補償功能，確保在不同溫度環境下的穩定性能。
  • 12通道電平轉換器，支持正向和反向操作，并具備異常操作檢測功能。
• 可編程特性：所有輸出電壓和延遲時間均可通過兩線接口進行編程，一個物料清單（BOM）即可覆蓋多種面板類型和尺寸。
• 封裝形式：采用56引腳7mm x 7mm QFN封裝，節省電路板空間。

電氣特性

絕對最大額定值

芯片的絕對最大額定值規定了其在各種引腳電壓、ESD等級、功率耗散和溫度范圍等方面的極限值。例如，CLK1 - 6、EVEN、ODD等引腳的電壓范圍為 -10V至40V，ESD等級的HBM為2kV，MM為200V，CDM為700V。在設計時，必須確保芯片的工作條件不超過這些額定值，以避免芯片損壞。

熱信息

芯片的熱信息包括結到環境、結到外殼、結到電路板的熱阻等參數。例如，TPS65175/A的結到環境熱阻（θJA）為26.8°C/W，結到電路板熱阻（θJB）為4.3°C/W。這些參數對于散熱設計非常重要，能夠幫助我們選擇合適的散熱方式和散熱材料。

推薦工作條件

推薦工作條件規定了芯片在正常工作時的輸入電壓、電容值、電感值等參數范圍。例如，輸入電壓范圍為8.6V至14.7V，升壓轉換器的輸出電壓范圍為12.7V至19V，降壓轉換器的輸出電壓范圍為1.6V至3.6V等。在設計時，應盡量使芯片工作在推薦工作條件范圍內，以確保其性能和可靠性。

電氣參數

芯片的電氣參數包括電源靜態電流、欠壓鎖定、熱關斷、邏輯信號電平、內部振蕩器頻率等。例如，電源靜態電流在不同引腳的取值范圍不同，AVIN引腳的靜態電流為2.0mA至4.0mA，PVINB引腳的靜態電流為0.1mA至1.0mA等。這些參數反映了芯片的功耗和性能，對于電源設計和系統性能評估非常重要。

設計要點

電源轉換器設計

• 升壓轉換器（VDD）：采用非同步升壓拓撲，工作頻率可通過EEPROM位選擇750kHz或1.5MHz。在設計時，需要考慮電感的飽和電流、直流電阻和電感值，以及整流二極管的類型、反向電壓和正向電流等參數。同時，還需要通過外部補償網絡來優化性能。
• 降壓轉換器（VCC）：采用非同步降壓拓撲，工作頻率同樣可選擇750kHz或1.5MHz。在設計時，需要注意電感和整流二極管的選擇，以及輸入和輸出電容的取值。此外，降壓轉換器還具備集成軟啟動、自舉和補償電路，可減少外部元件數量。
• 同步降壓轉換器（HVDD）：集成了能夠吸收和提供高達500mA電流的PWM，輸出電壓跟蹤升壓轉換器的輸出電壓。在設計時，需要考慮電感的取值范圍和輸入輸出電容的選擇。

電荷泵設計

• 正電荷泵（VGH）：通過SWP引腳驅動飛電容，采用外部PNP晶體管進行調節。在設計時，需要選擇合適的二極管、電容和PNP晶體管，并注意電荷泵的短路保護和溫度補償功能。
• 負電荷泵（VGL）：通過SWN引腳驅動飛電容，采用外部NPN晶體管進行調節。在設計時，需要選擇合適的二極管、電容和NPN晶體管，并注意電荷泵的短路保護功能。

其他設計要點

• P - Vcom設計：集成了P - Vcom模塊，可設置外部運算放大器的非反相輸入電壓參考和增益。在設計時，需要注意Vcom的溫度補償和增益選擇。
• 伽馬緩沖器設計：集成了6通道伽馬緩沖器，為源驅動器提供電壓參考。在設計時，需要注意輸出負載和電容的選擇。
• 電平轉換器設計：集成了12通道電平轉換器，通過狀態機生成12個輸出信號。在設計時，需要注意信號的時序和邏輯關系，以及異常操作檢測和處理。

I2C接口

TPS65175/A通過行業標準的兩線I2C接口進行通信，支持標準模式（100kbps）和快速模式（400kbps）。在使用I2C接口時，需要注意起始和停止條件、地址和讀寫方向位的傳輸，以及數據的確認和終止。同時，芯片還集成了非易失性存儲器（EEPROM），可存儲DAC值，最多支持1000次編程周期。

寄存器映射

芯片的寄存器映射包括非易失性初始值寄存器（IVR）和易失性DAC寄存器（DR），通過相同的地址進行訪問。在啟動時，IVR的值會加載到DR中，預設DAC為最后存儲的設置。用戶可以通過I2C接口對寄存器進行編程和讀取操作，實現對輸出電壓和延遲時間的控制。

總結

TPS65175和TPS65175A芯片為LCD偏置應用提供了一個全面、靈活的電源解決方案。通過其豐富的功能和可編程特性，能夠滿足不同LCD面板的需求。在設計過程中，我們需要根據芯片的特性和要求，合理選擇外部元件，優化電路設計，以確保芯片的性能和可靠性。同時，還需要注意PCB布局和散熱設計，避免電磁干擾和過熱問題。希望本文能夠為電子工程師在使用TPS65175和TPS65175A芯片進行設計時提供一些參考和幫助。大家在實際應用中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享交流。