TPS65160/TPS65160A：TFT LCD面板偏置電源的理想之選

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TFT LCD面板這類對電源要求較高的設備。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。下面我們就來詳細了解一下這兩款芯片。

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一、產品概述

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，該設備非常適合大屏幕顯示器面板和LCD電視應用。

二、產品特性

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20V（TPS65160）或17.5V（TPS65160A），能適應多種電源環境。

  2. 轉換器性能

• 1%精度的升壓轉換器，開關電流可達2.8A，能有效提升電源轉換效率。
• 1.5%精度的1.8A降壓轉換器，為系統提供穩定的邏輯電壓。

  3. 開關頻率

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

  4. 電荷泵驅動

• 提供負電荷泵驅動（VGL）和正電荷泵驅動（VGH），并支持VGL和VGH的可調排序。

  5. 其他特性

• 具備柵極驅動信號，可驅動外部MOSFET，實現輸入輸出隔離。
• 內部和可調軟啟動功能，可防止啟動時的高浪涌電流。
• 擁有短路保護、過壓保護（TPS65160為23V，TPS65160A為19.5V）和熱關斷功能，保障設備的安全穩定運行。
• 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，靜態電流和關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，確保信號的準確傳輸和控制。

  3. 振蕩器頻率

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

  4. 轉換器性能

• 升壓轉換器和降壓轉換器在輸出電壓范圍、反饋調節電壓、開關電流限制等方面都有出色的表現，保證了電源的穩定性和可靠性。

四、詳細設計

1. 升壓轉換器

• 工作模式：采用脈沖寬度調制（PWM），固定開關頻率，具有快速響應和輸入電壓前饋功能，能實現出色的線路和負載調節。
• 軟啟動：通過連接到SS引腳的外部電容設置軟啟動時間，防止啟動時的高浪涌電流。
• 過壓保護：當反饋引腳浮動或短路到地時，可保護主開關Q2，確保設備安全。

  2. 降壓轉換器

• 工作模式：采用快速響應電壓模式拓撲，固定開關頻率，內部補償簡單，適用于陶瓷輸出電容器。
• 軟啟動：內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內完成。
• 短路保護：通過逐周期電流限制和降低開關頻率，限制短路電流，保護設備。

  3. 正電荷泵和負電荷泵

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

  4. 上電排序

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

  5. 柵極驅動引腳

• GD引腳為開漏輸出，當升壓轉換器輸出在調節范圍內時為低電平，可用于控制外部MOSFET開關。

  6. 欠壓鎖定

• 當輸入電壓低于6V時，設備將自動關閉，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，以實現良好的輸入電壓濾波。

  2. 電感選擇

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

  3. 輸出電容器

• 升壓轉換器：推薦使用三個22μF陶瓷電容器并聯，以實現最佳輸出電壓濾波。
• 降壓轉換器：使用兩個22μF陶瓷電容器，可根據需要增加電容以改善負載瞬態響應。

  4. 整流二極管

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

六、布局考慮

PCB布局對于電源供應設計至關重要，不正確的布局可能導致轉換器不穩定、負載調節問題、噪聲和EMI問題。以下是一些布局建議：

• 分離AVIN和VINB的電源供應走線，并使用單獨的旁路電容器。
• 使用短而寬的走線將OS引腳連接到升壓轉換器的輸出。
• 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的電荷泵驅動引腳（DRN、DRP）使用短走線，因為這些走線攜帶開關波形。
• 將飛跨電容器盡可能靠近DRP和DRN引腳放置，避免這些引腳出現高電壓尖峰。
• 將肖特基二極管盡可能靠近IC放置，分別對應連接到DRP和DRN的飛跨電容器。
• 將負電荷泵的反饋網絡遠離負電荷泵的驅動引腳走線，以避免寄生耦合到負電荷泵的反饋網絡，從而實現良好的輸出電壓精度和負載調節。

七、應用示例

文檔中提供了多個應用電路示例，包括正電荷泵倍增器、驅動隔離FET以及12V到13.5V轉換等，為工程師在實際設計中提供了參考。

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