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

在電子設備不斷發展的今天，對于TFT - LCD TV面板等顯示設備的電源管理需求日益復雜。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大的電源解決方案。接下來，我們將深入探討這兩款芯片的特性、參數、設計要點以及典型應用。

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一、產品概述

TPS65167和TPS65167A專為大尺寸顯示器和電視面板應用設計，能從12V電源軌運行，為LCD面板提供所需的所有電壓。該設備可生成TFT LCD偏置所需的3個電壓軌（Vs、VGL和VGH），還包含一個降壓轉換器和一個LDO控制器，以提供兩個邏輯電壓軌。

二、產品特性

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19V，能適應多種電源環境。
• 提供不同的輸出電壓，如VGH可達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. 轉換器性能

• 升壓轉換器：具有3.5A開關電流，采用獨特的快速響應、電壓模式控制器方案，固定開關頻率為750kHz，能實現出色的線路和負載調節，在整個負載電流范圍內以固定頻率在連續導通模式下運行。
• 降壓轉換器：2.5A降壓轉換器，輸出電壓可固定為3.3V或可調，同樣采用快速響應電壓模式拓撲，驅動內部2.8A N - 通道MOSFET開關。

3. 電荷泵功能

• 150mA負電荷泵驅動器用于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切換，以提供可調的TFT柵極導通電壓。

4. 保護與控制功能

• 具備升壓轉換器過壓保護、所有輸出的短路保護、熱關斷、欠壓鎖定等安全特性，確保設備在異常情況下的穩定性。
• 支持高電壓應力測試，通過拉高HVS引腳可將VGH輸出電壓設置為30V，Vs輸出電壓可編程為更高電壓。
• 具有可調的啟動順序，可根據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，提供穩定的邏輯電壓。
• 具備柵極電壓整形功能，可通過CTRL引腳控制VGH的輸出。
• 溫度傳感器輸出，可監測芯片實際溫度。

三、電氣參數

1. 絕對最大額定值

• 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。
• 工作結溫范圍為 - 40°C至150°C，存儲溫度范圍為 - 65°C至150°C。

2. 推薦工作條件

• 輸入電壓范圍為6V至14V，工作環境溫度為 - 40°C至85°C，工作結溫為 - 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、開關頻率、調節器輸出電壓等多項參數，為電路設計提供了詳細的參考。例如，升壓轉換器的輸出電壓范圍、反饋調節電壓、開關電流限制等，降壓轉換器的輸出電壓精度、反饋調節電壓等。

四、設計要點

1. 啟動順序

當輸入電壓超過欠壓鎖定閾值時，降壓轉換器和LDO控制器同時啟動。當使能信號（EN）變高時，負電荷泵啟動，隨后升壓轉換器Vs與正電荷泵同時啟動。可通過連接外部電容到EN和GDLY引腳來設置延遲時間。

2. 升壓轉換器設計

• 首先要驗證升壓轉換器的最大輸出電流是否滿足應用需求，可根據效率曲線估算效率，進而計算穩態值。
• 電感選擇：推薦使用10μH電感，飽和電流應高于峰值開關電流，直流電阻越低，轉換器效率越高。
• 輸出電容：推薦使用低ESR的陶瓷電容，如三個22μF或六個10μF陶瓷輸出電容并聯。
• 整流二極管：應使用肖特基二極管，反向電壓額定值應高于轉換器最大輸出電壓，電流額定值根據轉換器關斷時間和峰值開關電流計算。

3. 降壓轉換器設計

• 輸出電壓可固定為3.3V或通過外部電阻分壓器調節。
• 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，根據降壓轉換器的關斷時間和最小開關電流計算平均整流正向電流。
• 輸出電容：推薦使用兩個22μF陶瓷輸出電容。

4. 正電荷泵設計

• 需要兩個330nF飛跨電容和1μF輸出電容以確保穩定運行。
• 輸出電壓可通過外部電阻分壓器設置，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. 負電荷泵設計

• 輸出電壓由外部電阻分壓器設置，參考輸出驅動電流通常不超過30μA，下反饋電阻R8應在40kΩ至120kΩ范圍內。
• 需要兩個外部肖特基二極管，其峰值電流額定值應為輸出負載電流的兩倍。

6. LDO控制器設計

• 輸出電壓可通過電阻分壓器設置，輸入電容使用1μF，輸出電容根據負載電流選擇，負載電流不超過300mA時使用10μF，超過300mA時使用22μF。
• 外部晶體管根據所需輸出電流和集電極飽和電壓選擇，同時要考慮最大功耗。

7. PCB布局設計

• 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應直接從REF連接到GND，靠近IC引腳。
• 負電荷泵的反饋電阻應大于40kΩ，DRVN引腳的走線要短，反饋電阻應遠離DRVN走線。
• 飛跨電容應盡可能靠近C1P、C1N和C2P、C2N引腳。
• QFN封裝的PowerPad應焊接到GND，并使用熱過孔降低熱阻。

五、典型應用

文檔中給出了多種典型應用電路，包括可調降壓轉換器、3.3V固定輸出電壓降壓轉換器、1.2V LDO控制器以及在升壓轉換器輸出端使用隔離開關的應用電路，為工程師提供了實際設計的參考。

六、總結

TPS65167和TPS65167A芯片以其豐富的功能、良好的性能和全面的保護特性，為TFT - LCD TV面板的電源設計提供了優秀的解決方案。在設計過程中，工程師需要根據具體應用需求，合理選擇外部組件，優化PCB布局，以確保設備的穩定性和可靠性。你在實際應用中是否遇到過類似芯片的設計挑戰呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。