ROHM BD8153EFV：TFT面板电源管理的理想之选

在TFT面板的设计中，电源管理是一个关键环节。ROHM的BD8153EFV作为一款专门为TFT面板设计的系统电源IC，以其集成度高、性能稳定等特点，成为了众多工程师的首选。本文将详细介绍BD8153EFV的特点、参数、应用以及设计要点，希望能为电子工程师们在实际设计中提供一些参考。

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一、BD8153EFV概述

BD8153EFV是一款单芯片IC，能够为TFT面板提供逻辑电压、源极电压、栅极高电平电压和栅极低电平电压这四种所需的电压，从而以最少的组件构建TFT面板电源。其工作电压范围低至2.1V至6.0V，具有广泛的适用性。

二、主要特点

（一）丰富的电路集成

• 升压DC/DC转换器：实现电压的提升，满足TFT面板对不同电压的需求。
• 3.3 - V稳压器：提供稳定的3.3V电压，为电路中的其他组件供电。
• 正负电荷泵：分别用于产生正电压和负电压，确保栅极的高电平和低电平电压稳定。

（二）高性能参数

• 开关频率：高达1100kHz，能够快速响应电路的变化，提高电源的效率。
• DC/DC转换器反馈电压：为1.24V ± 1%，保证了电压的精确控制。

（三）完善的保护功能

• 欠压锁定保护电路：当电源电压低于设定值时，自动锁定电路，防止IC因电压不足而损坏。
• 热关断电路：在IC温度过高时，自动关闭电路，保护IC不受过热损坏。
• 过流保护电路：当电流超过设定值时，及时切断电路，避免IC因过流而烧毁。

（四）封装形式

采用HTSSOP - B24封装，便于在电路板上进行安装和布局。

三、应用领域

BD8153EFV适用于液晶电视、PC显示器和TFT - LCD面板等设备，为这些设备的稳定运行提供了可靠的电源支持。

四、绝对最大额定值和推荐工作范围

（一）绝对最大额定值

参数	符号	极限值	单位
电源电压	VCC	7	V
Vo1电压	Vo1	19	V
Vo2电压	Vo2	32	V
SW电压	Vsw	19	V
最大结温	Tjmax	150	°C
功耗	Pd	1100	mW
工作温度范围	Topr	- 40至125	°C
存储温度范围	Tstg	- 55至150	°C

需要注意的是，功耗在超过25°C时，会以4.7mW/°C的速率降低，具体取决于安装的玻璃环氧树脂板的尺寸。

（二）推荐工作范围

参数	符号	最小值	最大值	单位
电源电压	VCC	2.1	6	V
Vo1电压	Vo1	8	18	V
SW电压	Vsw	18		V
SW电流	Isw		1.8	A
Vo2电压	Vo2		30	V

在实际设计中，应确保IC在推荐工作范围内运行，以保证其性能和可靠性。

五、电气特性

文档中详细列出了DC/DC转换器模块、稳压器控制器、电荷泵和整体的各项电气特性参数，包括源电流、灌电流、输入偏置电流、反馈电压、电压增益等。这些参数是工程师在设计电路时进行精确计算和选型的重要依据。例如，在设计DC/DC转换器时，需要根据反馈电压和电压增益等参数来调整电路的稳定性和效率。

六、参考数据

文档中提供了一系列的参考数据图表，如总电源电流、内部参考温度、内部参考线路调整率、内部参考负载调整率等。这些图表直观地展示了IC在不同条件下的性能变化，帮助工程师更好地了解IC的特性，从而优化电路设计。例如，通过查看总电源电流与温度的关系图表，可以合理安排散热措施，确保IC在不同温度环境下都能稳定工作。

七、引脚分配和功能

（一）引脚分配

引脚编号	引脚名称	功能
1	GND	接地引脚
2	VDD	LDO反馈输入引脚
3	BASE	LDO基极驱动输出引脚
4	VCC	电源输入引脚
5	DLS	延迟启动电容连接引脚
6	COMP	DC/DC差分放大器输出
7	FB1	DC/DC反馈输入
8	SS	软启动电容连接引脚
9	PGND	接地引脚
10	SW	开关输出
11	IG	栅极遮光输入
12	FB2	正电荷泵反馈输入
13	Vo2	正电荷泵输出
14	Vo2GS	栅极遮光源输出引脚
15	GSOUT	栅极遮光灌输出引脚
16	C2H	飞跨电容连接引脚
17	C2L	飞跨电容连接引脚
18	C1L	飞跨电容连接引脚
19	C1H	飞跨电容连接引脚
20	Vo1	负电荷泵电源输入引脚
21	C3	负电荷泵驱动器输出
22	GND	接地引脚
23	FB3	负电荷泵反馈输入
24	REF	内部标准输出引脚

（二）引脚功能

每个引脚都有其特定的功能，在电路设计中需要正确连接和使用。例如，SS引脚用于连接软启动电容，通过调整电容的大小可以控制软启动时间，防止启动时电流过大对IC造成损坏。

八、块功能

（一）升压控制器

控制DC/DC升压，通过控制开关占空比，使反馈电压FB1设定为1.24V（典型值）。启动时，软启动功能会根据SS引脚电压控制开关占空比，避免电流冲击。

（二）电荷泵控制

• 正电荷泵控制：控制正电荷泵的开关幅度，使反馈电压FB2设定为1.24V（典型值）。可以通过DLS端子设置启动延迟时间，当DLS电压达到0.6V（典型值）时，C1L和C2L引脚输出开关波。
• 负电荷泵控制：控制负电荷泵的开关幅度，使反馈电压FB2设定为0.6V（典型值）。

（三）栅极遮光控制器

根据IG引脚输入对Vo2GS和GSOUT进行开关控制，实现栅极的遮光功能。

（四）稳压器控制

控制VDD电压的生成，通过控制基极引脚电流，使VDD电压设定为3.3V（典型值）。

（五）检测电路和启动控制器

• DET 1至DET 4：检测各输出电压，检测信号用于启动顺序电路。
• 启动控制器：控制启动顺序为VCC → VDD → Vo1 → Vo3 → Vo2，确保各电压按顺序稳定输出。

（六）内部参考电压和保护电路

• VREF：生成1.24V（典型值）的内部参考电压。
• TSD/UVLO：热关断/欠压锁定保护电路，在IC内部温度达到175°C时关闭热关断电路，160°C时复位；当VCC低于1.8V（典型值）时，欠压锁定保护电路关闭IC。

九、应用组件选择

（一）输出电感设置

• 电感选择：根据电感的额定电流ILR和输入电流最大值IINMAX选择合适的电感。BD8153EFV采用电流模式DC/DC转换器控制，推荐电感值为4.7µH至15µH，以保证电力效率、响应和稳定性。
• 电流计算：通过公式$Delta IL=frac{1}{L} VCC × frac{Vo - VCC}{VCC} × frac{1}{f}$计算电感电流的变化量$Delta IL$，确保IINMAX + $Delta IL$不超过电感的额定电流值ILR。由于电感值可能有±30%的分散，应留有足够的余量。

（二）输出电容设置

• 纹波电压计算：输出纹波电压$Delta VPP$由公式$Delta VPP = LMAX × RESR +frac{1}{1 Co} × frac{VOC}{V_{0}} timesleft(I max -frac{Delta L}{2}right)$计算，应使电压在允许的纹波电压范围内。
• 负载突变时的压降计算：负载突变时的压降VDR可通过公式$VDR=frac{Delta I}{Co} × 10 us$进行粗略计算。选择电容时，应考虑纹波电压和负载突变时压降的允许值，确保这两个值在标准范围内。

（三）输入电容选择

由于DC/DC转换器的输入和输出之间会有峰值电流流动，因此需要在输入侧安装电容。推荐使用低ESR电容，电容值大于10µF且ESR小于100mΩ。不同的负载电流、输入电压、输出电压、电感和开关频率可能会影响电容的选择，因此在实际应用中需要进行余量检查。

（四）相位补偿电路设置

在电流模式控制中，输出电容和负载电阻会产生极点，输出电容和电容ESR会产生零点。通过调整相位补偿电路的Rc和Cc值，可以抵消极点，实现稳定的反馈回路。具体公式为$frac{1}{2 pi × R c × C c}=frac{1}{2 pi × R o m a x × C o}$。

（五）稳压器控制器设置

IC内部集成了3.3 - V稳压器控制器，可通过外部PNP晶体管形成稳压器。稳压器的电流能力可根据公式$IOMAX = 7 mA × hfe$进行设计，其中hfe为外部PNP晶体管的电流增益。如果输入电压为3.3V，则无需使用稳压器，可直接将3.3V输入到VCC和VDD。

（六）软启动时间设置

软启动功能可防止启动时电感电流过大和输出电压过冲。软启动时间与电容值有关，推荐电容值为0.001µF至0.1µF。如果电容值小于0.001µF，输出电压可能会出现过冲；如果电容值大于0.1µF，在电源关闭时内部寄生元件可能会出现过大的反向电流，损坏IC。在与其他电源有激活关系（顺序）时，应使用高精度产品（如X5R）。

（七）反馈电阻常数设计

反馈电阻的设置范围推荐为10kΩ至330kΩ。如果电阻值小于10kΩ，会导致电源效率降低；如果电阻值大于330kΩ，内部误差放大器的输入偏置电流会使偏移电压增大。可根据公式$Vo=frac{R 8 + R 9}{R 9} × 1.24$设置反馈电阻。

（八）正电荷泵设置

正电荷泵的输出电压由公式$V_{0}=frac{R 8 + R 9}{R 9} × 1.24$确定，反馈电阻的设置范围同样推荐为10kΩ至330kΩ。为防止输出电压过冲，可在R8上并联电容C8，推荐电容值为1000pF至4700pF。通过连接电容到DLS，可以设置正电荷泵的上升延迟时间，延迟时间由公式$t DELAY =(CDLS × 0.6) / 5 mu A$确定。

（九）负电荷泵设置

负电荷泵的输出电压由公式$V 03=-frac{R 6}{R 7} × 1.04 + 0.2 V$确定，反馈电阻的设置范围为10kΩ至330kΩ。延迟时间内部固定为200µs。为防止输出电压过冲，可在R6上并联电容C6，推荐电容值为1000pF至4700pF。

十、栅极遮光设置方法

IG输入信号可控制正栅极电压的高低电平。输出斜率可通过外部RC设置，推荐电阻值为200Ω至5.1kΩ，电容值为0.001µF至0.1µF。超出此范围的设置可能会导致效率下降。通过公式$Delta V=Vo2GS quadleft(1 - exp left(-frac{tWL}{CR}right)right)$可计算$Delta V$。

十一、操作注意事项

（一）绝对最大额定值

使用IC时，应避免超过其绝对最大额定值，如施加电压或工作温度范围。在可能超过绝对最大额定值的特殊模式下使用IC时，应采取物理安全措施，如安装保险丝。

（二）GND电位

确保在所有工作条件下GND引脚电位最低，以保证电路的稳定性。

（三）散热设计

根据实际工作条件下的功耗（Pd）进行热设计，留出足够的余量，防止IC因过热而损坏。

（四）引脚短路和错误安装

在将IC安装到印刷电路板上时，要注意引脚的方向和位置，避免引脚短路或错误安装导致IC损坏。

（五）强磁场环境

在强磁场环境中使用IC时要谨慎，强磁场可能会导致IC malfunction。

（六）应用板测试

在应用板上测试IC时，连接低阻抗引脚的电容会对IC造成压力。每次测试后应及时放电，在组装过程中要对IC进行接地处理，运输和存储IC时也要采取防静电措施。在检查过程中，连接或拆卸夹具前要先关闭IC的电源。

（七）接地布线模式

当同时使用小信号和大电流GND模式时，建议将两种接地模式隔离，在应用的参考点设置一个单点接地，以避免大电流引起的布线电阻和电压变化影响小信号接地电压。

（八）寄生元件

IC内部存在寄生元件，如寄生二极管或晶体管。在使用IC时，要避免施加低于GND电压的电压到输入和输出引脚，以免触发寄生元件的工作，影响电路的正常运行。

（九）过流保护电路

IC内部集成了过流保护电路，可防止负载短路时IC损坏。但不应在保护电路持续工作或转换的应用中使用IC，同时要考虑电流能力与温度的负特性。

（十）热关断电路

IC内置热关断电路，用于防止热损坏。应在规定的功耗范围内使用IC，避免触发热关断电路。应用设计中不应依赖热关断电路。

（十一）应用板测试注意事项

在检查安装板时，连接低阻抗引脚的电容会对IC造成压力，每次测试后应及时放电。连接或拆卸夹具前要先关闭IC的电源，组装、运输和存储IC时要采取防静电措施。

十二、功耗降低

文档中提供了降低功耗的相关图表，工程师可以通过参考这些图表，优化电路设计，降低IC的功耗，提高系统的效率。

十三、订购信息

BD8153EFV采用HTSSOP - B24封装，以载带和卷盘形式提供，每卷数量为2000pcs，进料方向有明确规定。

十四、使用注意事项

文档中详细列出了使用ROHM产品的各种注意事项，包括产品的适用范围、安全措施、特殊环境使用、静电防护、存储运输等方面。工程师在使用BD8153EFV时，必须严格遵守这些注意事项，以确保产品的性能和可靠性。

总之，ROHM的BD8153EFV为TFT面板的电源管理提供了一个全面而可靠的解决方案。电子工程师在设计TFT面板电源电路时，可以根据上述介绍的特点、参数和设计要点，合理选择组件，优化电路设计，确保系统的稳定性和性能。同时，要严格遵守使用注意事项，避免因不当使用而导致的问题。希望本文能对电子工程师们有所帮助，大家在实际应用中如果遇到问题，欢迎一起交流探讨。