详解TPS65175/TPS65175A：LCD偏置电源的理想选择

在电子设备的设计中，电源管理是至关重要的一环，尤其是对于LCD显示设备而言，合适的偏置电源能够显著提升显示效果和稳定性。德州仪器（TI）的TPS65175和TPS65175A芯片，就是为LCD偏置应用量身打造的可编程电源解决方案。今天，我们就来详细了解一下这两款芯片的特点、应用和设计要点。

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芯片概述

TPS65175和TPS65175A是专为GIP TV设计的全可编程LCD偏置IC，集成了12通道电平转换器和6通道伽马缓冲器。它们提供了一个简单而经济的电源解决方案，适用于各种LCD偏置应用，包括LCD GIP/GOA TVs和LCD GIP/GOA Monitors。

主要特性

• 宽输入电压范围：支持8.6V至14.7V的输入电压，能够适应不同的电源环境。
• 多电压输出：
  • 升压转换器（VDD）：输出电压范围为12.7V至19V（6位可编程）。
  • 降压转换器（VCC）：输出电压范围为1.6V至2.0V和3.0V至3.6V（4位可编程）。
  • 同步降压转换器（HVDD）：输出电压跟踪VDD。
  • 正电荷泵（VGH）：低温时输出电压范围为19V至34V（4位可编程），高温时为17V至32V（4位可编程）。
  • 负电荷泵（VGL）：输出电压范围为 -1.8V至 -8.1V（6位可编程）。
• 集成功能：
  • 集成输入到输出隔离开关，提高电源的安全性和稳定性。
  • 6通道伽马缓冲器，为源驱动器提供精确的电压参考。
  • 9位VCOM参考和3位VCOM增益，可实现灵活的VCOM电压调整。
  • 具备VGH和VCOM的温度补偿功能，确保在不同温度环境下的稳定性能。
  • 12通道电平转换器，支持正向和反向操作，并具备异常操作检测功能。
• 可编程特性：所有输出电压和延迟时间均可通过两线接口进行编程，一个物料清单（BOM）即可覆盖多种面板类型和尺寸。
• 封装形式：采用56引脚7mm x 7mm QFN封装，节省电路板空间。

电气特性

绝对最大额定值

芯片的绝对最大额定值规定了其在各种引脚电压、ESD等级、功率耗散和温度范围等方面的极限值。例如，CLK1 - 6、EVEN、ODD等引脚的电压范围为 -10V至40V，ESD等级的HBM为2kV，MM为200V，CDM为700V。在设计时，必须确保芯片的工作条件不超过这些额定值，以避免芯片损坏。

热信息

芯片的热信息包括结到环境、结到外壳、结到电路板的热阻等参数。例如，TPS65175/A的结到环境热阻（θJA）为26.8°C/W，结到电路板热阻（θJB）为4.3°C/W。这些参数对于散热设计非常重要，能够帮助我们选择合适的散热方式和散热材料。

推荐工作条件

推荐工作条件规定了芯片在正常工作时的输入电压、电容值、电感值等参数范围。例如，输入电压范围为8.6V至14.7V，升压转换器的输出电压范围为12.7V至19V，降压转换器的输出电压范围为1.6V至3.6V等。在设计时，应尽量使芯片工作在推荐工作条件范围内，以确保其性能和可靠性。

电气参数

芯片的电气参数包括电源静态电流、欠压锁定、热关断、逻辑信号电平、内部振荡器频率等。例如，电源静态电流在不同引脚的取值范围不同，AVIN引脚的静态电流为2.0mA至4.0mA，PVINB引脚的静态电流为0.1mA至1.0mA等。这些参数反映了芯片的功耗和性能，对于电源设计和系统性能评估非常重要。

设计要点

电源转换器设计

• 升压转换器（VDD）：采用非同步升压拓扑，工作频率可通过EEPROM位选择750kHz或1.5MHz。在设计时，需要考虑电感的饱和电流、直流电阻和电感值，以及整流二极管的类型、反向电压和正向电流等参数。同时，还需要通过外部补偿网络来优化性能。
• 降压转换器（VCC）：采用非同步降压拓扑，工作频率同样可选择750kHz或1.5MHz。在设计时，需要注意电感和整流二极管的选择，以及输入和输出电容的取值。此外，降压转换器还具备集成软启动、自举和补偿电路，可减少外部元件数量。
• 同步降压转换器（HVDD）：集成了能够吸收和提供高达500mA电流的PWM，输出电压跟踪升压转换器的输出电压。在设计时，需要考虑电感的取值范围和输入输出电容的选择。

电荷泵设计

• 正电荷泵（VGH）：通过SWP引脚驱动飞电容，采用外部PNP晶体管进行调节。在设计时，需要选择合适的二极管、电容和PNP晶体管，并注意电荷泵的短路保护和温度补偿功能。
• 负电荷泵（VGL）：通过SWN引脚驱动飞电容，采用外部NPN晶体管进行调节。在设计时，需要选择合适的二极管、电容和NPN晶体管，并注意电荷泵的短路保护功能。

其他设计要点

• P - Vcom设计：集成了P - Vcom模块，可设置外部运算放大器的非反相输入电压参考和增益。在设计时，需要注意Vcom的温度补偿和增益选择。
• 伽马缓冲器设计：集成了6通道伽马缓冲器，为源驱动器提供电压参考。在设计时，需要注意输出负载和电容的选择。
• 电平转换器设计：集成了12通道电平转换器，通过状态机生成12个输出信号。在设计时，需要注意信号的时序和逻辑关系，以及异常操作检测和处理。

I2C接口

TPS65175/A通过行业标准的两线I2C接口进行通信，支持标准模式（100kbps）和快速模式（400kbps）。在使用I2C接口时，需要注意起始和停止条件、地址和读写方向位的传输，以及数据的确认和终止。同时，芯片还集成了非易失性存储器（EEPROM），可存储DAC值，最多支持1000次编程周期。

寄存器映射

芯片的寄存器映射包括非易失性初始值寄存器（IVR）和易失性DAC寄存器（DR），通过相同的地址进行访问。在启动时，IVR的值会加载到DR中，预设DAC为最后存储的设置。用户可以通过I2C接口对寄存器进行编程和读取操作，实现对输出电压和延迟时间的控制。

总结

TPS65175和TPS65175A芯片为LCD偏置应用提供了一个全面、灵活的电源解决方案。通过其丰富的功能和可编程特性，能够满足不同LCD面板的需求。在设计过程中，我们需要根据芯片的特性和要求，合理选择外部元件，优化电路设计，以确保芯片的性能和可靠性。同时，还需要注意PCB布局和散热设计，避免电磁干扰和过热问题。希望本文能够为电子工程师在使用TPS65175和TPS65175A芯片进行设计时提供一些参考和帮助。大家在实际应用中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。