TPS65165：為TV和顯示器TFT - LCD面板打造的緊湊型LCD偏置IC

引言

在當今的電子設備中，TFT - LCD面板廣泛應用于電視和顯示器等設備。而要讓這些面板正常工作，合適的偏置IC至關重要。德州儀器（Texas Instruments）的TPS65165就是一款專門為TV和顯示器TFT - LCD面板設計的緊湊型LCD偏置IC，它集成了諸多強大功能，能為TFT - LCD面板提供穩定可靠的電源支持。

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產品特性亮點

電源輸入與輸出

• 寬輸入電壓范圍：TPS65165的輸入電壓范圍為2.5 V至6.0 V，能適應多種電源環境。其Vs輸出電壓最高可達18 V，并且采用了1%精度的升壓轉換器，開關電流可達4.5 A，固定頻率為600 kHz的PWM操作，還具備過壓保護和可調節軟啟動功能。
• 電荷泵轉換器：集成了穩壓正電荷泵轉換器VGH和穩壓負電荷泵驅動器VGL，其中VGH還具備集成的柵極電壓整形功能，并且可以對Vs和VGH進行可調節的時序控制。

高速運算放大器

該IC集成了3個高速運算放大器，具有50 MHz的3 dB帶寬、45 V/μs的壓擺率以及215 mA的短路電流，能滿足高速信號處理的需求。

其他特性

• 高壓測試模式（HVS）：可通過拉高HVS引腳來啟用高壓應力測試，此時VGH輸出電壓通常設置為30 V，Vs輸出電壓可編程為更高電壓。
• 熱關斷保護：當芯片溫度過高時，熱關斷功能會啟動，防止芯片因過熱而損壞。
• 小巧封裝：采用40引腳的5×5 - mm QFN封裝，節省電路板空間。

應用領域

TPS65165主要應用于LCD顯示器和LCD電視面板，能為這些設備的TFT - LCD面板提供穩定的電源和信號處理支持。

技術細節剖析

電氣特性

在不同的測試條件下，TPS65165展現出了良好的電氣性能。例如，在輸入電壓為5.0 V、Vs為15 V、HVS為低電平、EN - CTRL為高電平，環境溫度在 - 40°C至85°C的范圍內，其各項參數表現穩定。

• 電源電流：在無負載靜態電流方面，流入VIN的無負載靜態電流IQVIN典型值為1 mA，流入SUP的無負載靜態電流IQSUP典型值為20 mA。
• 邏輯信號：邏輯信號EN、CTRL、HVS的閾值電壓在Vin為2.5 V至6.0 V時，范圍為0.4 V至1.4 V，輸入泄漏電流在±0.01 μA至±0.1 μA之間。
• 高壓應力測試：當HVS為高電平時，正電荷泵輸出電壓VPOUT典型值為30 V，RHVS下拉電阻典型值為1 kΩ。

引腳功能

TPS65165共有40個引腳，每個引腳都有其特定的功能。

• 電源相關引腳：VIN為IC的電源輸入引腳，需用1 - μF電容直接旁路到地；SUP為運算放大器和電荷泵級的電源輸入引腳，連接到主輸出Vs，并使用1 - μF旁路電容。
• 控制與調節引腳：ADLY和GDLY用于設置啟動延遲時間，通過連接外部電容來實現；CTRL用于控制內部高壓開關；SS用于設置升壓轉換器的軟啟動時間。
• 反饋與輸出引腳：FB為升壓轉換器的反饋引腳，FBN為負電荷泵轉換器的反饋引腳，POUT為正電荷泵的輸出引腳，VGH為內部高壓開關的輸出電壓引腳。

典型特性

文檔中給出了多個典型特性的圖表，直觀地展示了TPS65165在不同工作條件下的性能。

• 升壓轉換器特性：包括效率與負載電流的關系、PWM操作在標稱負載電流和輕負載電流下的表現、負載瞬態響應、軟啟動過程以及過壓保護等。
• 系統功能特性：如上電時序、柵極電壓整形等。
• 電荷泵特性：負電荷泵驅動器VGL和正電荷泵VGH的輸出電壓與負載電流的關系。
• 運算放大器特性：三個運算放大器的輸入到輸出失調電壓與負載電流的關系。

應用設計要點

啟動時序

啟動時序可以通過調節ADLY和GDLY的延遲時間來控制。在ADLY設置的延遲時間過后，升壓轉換器、負電荷泵和正電荷泵同時啟動；只有當GDLY設置的延遲時間過去且CTRL信號為高電平時，VGH才會變為高電平。

升壓轉換器設計

• 參數計算：在設計升壓轉換器時，需要計算轉換器的占空比、最大輸出電流和峰值開關電流等參數。可以根據效率曲線估算效率，然后進行相關計算。
• 元件選擇：
  • 電感：通常選擇10 - μH的電感，電感的飽和電流應高于計算得到的峰值開關電流，同時電感的直流電阻越低，轉換器的效率越高。
  • 輸出電容：推薦使用低ESR的陶瓷電容，對于大多數應用，三個22μF或六個10uF的陶瓷輸出電容并聯即可，可根據需要增加電容數量以改善負載瞬態調節。
  • 整流二極管：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，電流額定值根據轉換器的關斷時間和典型開關電流計算。

電荷泵設計

• 正電荷泵：自動在倍壓器和三倍壓器模式之間切換，需要兩個330 - nF的飛跨電容和一個1 - μF的輸出電容來保證穩定運行。通過外部電阻分壓器設置輸出電壓，為了減少噪聲和泄漏電流的影響，建議反饋分壓器的下電阻R6約為20 kΩ。
• 負電荷泵：通過外部電阻分壓器設置輸出電壓，將SUP引腳的電壓反相并調節到編程電壓。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。

高壓開關控制

對于高壓開關控制（柵極電壓整形），不建議在VGH連接輸出電容。如果輸出紋波電壓高于預期，應增加POUT的輸出電容值。通過將LCD時序控制器（TCON）的控制信號連接到CTRL引腳來實現柵極電壓整形。

運算放大器使用

TPS65165集成的三個運算放大器可作為伽馬校正緩沖器或VCOM緩沖器。OpAmp 3已配置為標準緩沖器。為了獲得良好的性能和最小化輸出噪聲，需要在SUP引腳和地之間直接連接一個1 - μF的旁路電容。當設備禁用時，運算放大器的輸出通過一個10kΩ電阻拉低。由于運算放大器不適合驅動容性負載，建議在輸出端使用一個3.3 - Ω的串聯電阻來保證穩定運行。

PCB布局設計準則

• 元件布局：首先放置電源組件，使用寬PCB走線連接相關引腳。
• 電容放置：在Vin和SUP引腳與地之間直接放置1 - μF的旁路電容，將220 - nF的參考電容直接從REF連接到AGND，靠近IC引腳。
• 布線注意事項：負電荷泵的反饋電阻應大于40 kΩ，VGL的電荷泵驅動引腳（DRVN）使用短走線，飛跨電容應盡可能靠近C1P、C1N、C2P和C2N引腳。
• 散熱處理：將QFN封裝的功率焊盤焊接到地，并使用熱過孔降低熱阻。

總結

TPS65165是一款功能強大、性能穩定的緊湊型LCD偏置IC，為TV和顯示器TFT - LCD面板提供了全面的電源和信號處理解決方案。在設計過程中，工程師需要根據具體的應用需求，合理選擇元件參數，優化PCB布局，以充分發揮該IC的性能優勢。你在使用TPS65165的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。