TPS65162：LCD偏置IC的卓越之選

在電子設備的設計中，LCD偏置IC扮演著至關重要的角色。今天，我們就來深入了解一下德州儀器（TI）推出的一款緊湊型LCD偏置IC——TPS65162，它專為電視LCD面板設計，具有諸多出色的特性和功能。

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一、產品概述

TPS65162是一款帶有兩個高速運算放大器的緊湊型LCD偏置IC，為(V_{com})電源供電。其高電流能力使其非常適合大型LCD顯示器和LCD電視應用。該IC能夠生成TFT LCD所需的所有四個電壓軌（(Vs)、(V{logic})、(V{GH})和(V{GL})），并包含兩個運算放大器來生成(V_{COM})電源軌。

二、產品特性

（一）電源相關特性

1. 輸入電壓范圍：支持8 - 14.7V的輸入電壓范圍，能適應多種電源環境。
2. 開關頻率：具備500kHz / 750kHz的固定開關頻率，可根據需求通過FREQ引腳進行選擇。較低的開關頻率能帶來更高的效率，但負載瞬態調節性能會稍有降低。
3. 輸出電壓：
   • 升壓轉換器的輸出電壓最高可達19V，且具有1%的精度，開關電流為2.8A。
   • 2.5A的降壓轉換器，可提供穩定的邏輯電壓。
   • 調節后的正電荷泵驅動器(V{GH})和負電荷泵驅動器(V{GL})，為TFT提供偏置電壓。
4. 保護功能：
   • 具有過壓保護功能，可防止升壓轉換器的開關電壓超過絕對最大開關電壓額定值。
   • 輸入到輸出隔離開關可提供短路保護，當輸出短路時，能限制(V_S)電流。
   • 還具備熱關斷功能，當溫度超過160°C時，設備會自動關閉，溫度下降后會自動重啟。

（二）放大器特性

集成了兩個高速運算放大器，具有50MHz的3dB帶寬、55V/μs的壓擺率和215mA的短路電流，可滿足高速信號處理的需求。

（三）其他特性

1. 軟啟動功能：所有轉換器都具備軟啟動功能，可減少啟動時的浪涌電流。
2. 門電壓整形：能夠改善TFT - LCD的圖像質量，減少閃爍效應。
3. 可調上電時序：通過調整連接到DLY1和DLY2的電容器，可以設置啟動順序。

三、應用領域

TPS65162主要應用于LCD電視和LCD顯示器，為這些設備提供穩定的電源和信號處理支持。

四、技術參數

（一）絕對最大額定值

輸入電壓范圍為 - 0.3至16.8V，不同引腳的電壓范圍也有相應限制。工作結溫范圍為 - 40至150°C，工作環境溫度范圍為 - 65至85°C。

（二）推薦工作條件

輸入電壓范圍為8 - 14.7V，工作環境溫度為 - 40至85°C，工作結溫為 - 40至125°C。

（三）電氣特性

涵蓋了電源電流、邏輯信號、控制和軟啟動、內部振蕩器、升壓轉換器、隔離開關、門電壓整形、降壓轉換器、負電荷泵、正電荷泵輸出以及運算放大器等多個方面的參數。例如，輸入電壓范圍為8 - 14.7V，關機電流較小，靜態電流在一定范圍內波動等。

五、引腳分配和功能

TPS65162采用48引腳的7x7mm QFN封裝，每個引腳都有特定的功能。例如，POS1和POS2是運算放大器的非反相輸入引腳，OUT1和OUT2是運算放大器的輸出引腳，VDD是門電壓整形的閾值電壓引腳等。了解這些引腳的功能，對于正確使用該IC至關重要。

六、典型特性

文檔中給出了多個典型特性的圖表，包括升壓轉換器和降壓轉換器的效率與負載電流的關系、PWM操作、軟啟動、負載瞬態響應、短路保護、過壓保護等，以及系統性能方面的上電時序和門電壓整形等。通過這些圖表，我們可以直觀地了解該IC在不同工作條件下的性能表現。

七、應用信息

（一）熱關斷和欠壓鎖定

熱關斷功能可防止設備因過熱和功率耗散而損壞，欠壓鎖定功能可避免設備在低輸入電壓下出現故障。

（二）參考輸出

設備提供參考輸出，用于調節負電荷泵，為保證參考電壓穩定，需在REF引腳和AGND之間連接一個220nF的旁路電容器。

（三）啟動順序

啟動順序可通過調整連接到DLY1和DLY2的電容器來設置，由EN1和EN2信號控制。

（四）延遲時間設置

通過在DLY1和DLY2引腳連接外部電容器，可以設置延遲時間，計算公式為(C{dty}=frac{5 mu A × tupu5pf5}{V{REF}}=frac{5 mu A × tupu5pf5}{1.280 V})，其中(t_upu5pf5)為所需的延遲時間。

八、電路設計要點

（一）升壓轉換器

1. 設計步驟：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，通過估算轉換器效率來計算穩態值。
2. 元件選擇：
   • 電感：通常使用10μH的電感，電感的飽和電流應高于峰值開關電流，且直流電阻越低，轉換器效率越高。
   • 輸出電容：建議使用低ESR的陶瓷電容，在輸入 - 輸出隔離開關前使用一個10μF的陶瓷電容，開關后可并聯多個10μF或22μF的陶瓷電容。
   • 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。
3. 輸出電壓設置：通過外部電阻分壓器設置輸出電壓，計算公式為(V_{out }=1.268 V timesleft(1+frac{R 1}{R 2}right))，同時需要在上方電阻上跨接一個旁路電容來加快負載瞬態響應。
4. 補償：通過調整連接到VC引腳的外部元件來補償調節器環路，通常使用一個22nF的電容即可。

（二）正電荷泵和負電荷泵

1. 輸出電壓設置：正電荷泵的輸出電壓計算公式為(V{out }=V{REF } timesleft(1+frac{R 5}{R 6}right)=1.265 V timesleft(1+frac{R 5}{R 6}right))，負電荷泵的輸出電壓計算公式為(V{out }=-V{REF } × frac{R 3}{R 4}=-1.265 V × frac{R 3}{R 4})。
2. 元件選擇：負電荷泵需要兩個外部肖特基二極管，其峰值電流額定值必須是輸出負載電流的兩倍。

（三）降壓轉換器

1. 軟啟動和短路保護：內部軟啟動可避免啟動時的高浪涌電流，短路保護通過逐周期電流限制和降低開關頻率來實現。
2. 輸出電壓設置：通過外部電壓分壓器設置輸出電壓，計算公式為(V_{out }=1.265 V timesleft(1+frac{R 5}{R 6}right))。
3. 元件選擇：
   • 電感：通常使用10μH的電感，電感的額定電流應至少為轉換器的最大輸出電流加上電感紋波電流。
   • 整流二極管：使用肖特基二極管，其反向電壓額定值應高于降壓轉換器的最大輸出電壓。
   • 輸出電容：使用兩個22μF的陶瓷電容即可滿足大多數應用需求。

（四）運算放大器

1. 電源和旁路電容：運算放大器的電源引腳為AVIN，需在該引腳和地之間連接一個1μF的旁路電容，以提高性能和減少輸出噪聲。
2. 負載驅動：運算放大器不適合直接驅動容性負載，若需要驅動容性負載，可在輸出端使用一個3.3Ω的串聯電阻。
3. 終端處理：對于未使用的放大器，應將負端連接到輸出端，正端連接到地，輸出端留空，以降低設備的靜態電流。

九、PCB布局設計指南

1. 首先放置電源組件，并使用寬PCB走線進行布線。
2. 在SUP引腳和AVIN引腳與地之間直接放置1μF的旁路電容。
3. 使用短而寬的走線將SUP引腳連接到升壓轉換器的輸出(V_s)。
4. 在REF引腳和地之間靠近IC引腳處放置220nF的參考電容。
5. 負電荷泵的反饋電阻應大于40kΩ。
6. 對于VGL的電荷泵驅動引腳（DRVN），應使用短走線，因為這些走線會攜帶開關波形。
7. 將QFN封裝的PowerPAD?焊接到地，并使用熱過孔降低熱阻。

十、總結

TPS65162是一款功能強大、性能出色的LCD偏置IC，具有豐富的特性和保護功能，適用于多種LCD應用。在設計過程中，我們需要根據其技術參數和應用信息，合理選擇元件，優化電路設計和PCB布局，以充分發揮其性能優勢。你在使用TPS65162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。