TPS65161/TPS65161A/TPS65161B：TFT LCD面板偏置电源的理想之选

在电子设备不断发展的今天，TFT LCD显示屏广泛应用于各种显示器和液晶电视中。而对于TFT LCD面板来说，稳定可靠的偏置电源至关重要。TI推出的TPS65161、TPS65161A和TPS65161B系列产品，为TFT LCD面板提供了紧凑且高效的电源解决方案。

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产品概述

TPS65161系列为薄膜晶体管（TFT）LCD面板提供所需的四种电压，凭借其高电流能力，非常适合大屏幕显示器和液晶电视应用。与TPS65160和TPS65160A相比，该系列设备的降压转换器输出电流有所增加，其中TPS65161B还提高了电荷泵输出电流和欠压锁定阈值。

产品特性

• 宽输入电压范围：输入电压范围为8V至14.7V，输出电压范围可达19V。
• 不同的开关电流限制：TPS65161的开关电流限制为2.8A，TPS65161A和TPS65161B的开关电流限制为3.7A，且TPS65161B的电荷泵输出电流可达100mA。
• 高精度降压转换器：具有1.5%精度的2.3A降压转换器。
• 固定开关频率：提供500kHz/750kHz的固定开关频率。
• 电荷泵驱动：包含用于(V{GL})的负电荷泵驱动器和用于(V{GH})的正电荷泵驱动器。
• 可调节的电源排序：可对(V{GL})和(V{GH})进行可调节的排序。
• 多种保护功能：具备内部和可调节软启动、短路保护、过压保护和热关断等功能。
• 封装形式：采用HTSSOP - 28封装。

详细功能解析

升压转换器

升压转换器采用脉冲宽度调制（PWM）方式，开关频率可通过FREQ引脚设置为500kHz或750kHz。它采用独特的快速响应、电压模式控制器方案，并带有输入电压前馈，能实现出色的线路和负载调节。即使在轻负载时，也能保持连续导通模式，避免了标准非同步升压转换器中开关引脚的振铃现象，简化了补偿设计。

降压转换器

非同步降压转换器采用快速响应电压模式拓扑，带有输入电压前馈，固定开关频率运行。它驱动一个内部3.2A的N沟道MOSFET开关，通过自举栅极驱动电路为MOSFET提供足够的栅极驱动电压。

正电荷泵

正电荷泵通过外部电阻分压器设置输出电压，SUP引脚可连接到输入电压(V{IN})或主升压转换器的输出电压(V{S})。如果需要更高的输出电压，可以增加额外的电荷泵级。

负电荷泵

负电荷泵同样通过外部电阻分压器设置输出电压，它从输入电压(V{IN})运行，将输入电压反相。如果(V{GL})需要低于(-V_{IN})，则需要增加额外的电荷泵级。

电源上电排序

TPS65161具有可调节的上电排序功能，通过连接到DLY1和DLY2的电容以及EN1和EN2进行控制。EN1控制降压转换器和负电荷泵驱动器的启动，DLY1设置两者之间的延迟时间；EN2控制升压转换器和正电荷泵驱动器的启动，DLY2设置降压转换器(V{(LOGIC)})和升压转换器(V{S})之间的延迟时间。

栅极驱动引脚

GD引脚是一个开漏输出，当升压转换器(V_{S})处于调节范围内时，该引脚变为低电平，直到输入电压或使能EN2接地时才会改变。

欠压锁定

为避免设备在低输入电压下误操作，该系列产品包含欠压锁定功能，当电压低于6V时，设备将关闭。

设计要点

输入电容选择

为了实现良好的输入电压滤波，建议使用低ESR陶瓷电容。AVIN引脚应直接连接一个1μF的输入电容到地，VINB引脚则需要两个22μF的陶瓷电容并联到地。

升压转换器设计

• 验证输出电流：首先要验证升压转换器的最大可能输出电流是否满足特定应用需求，可以参考效率曲线或假设一个最坏情况下的效率值。
• 计算参数：包括占空比、最大输出电流和峰值开关电流等参数。
• 电感选择：通常选择10μH的电感，也可以考虑6.8μH或22μH的电感。电感的饱和电流应高于峰值开关电流，并留有一定的余量。
• 输出电容选择：建议使用低ESR的陶瓷电容，通常三个22μF的陶瓷输出电容并联即可满足大多数应用需求。
• 整流二极管选择：为了实现高效率，应使用肖特基二极管，其反向电压额定值应高于转换器的最大输出电压。
• 设置输出电压和选择前馈电容：通过外部电阻分压器设置输出电压，并选择合适的前馈电容来改善负载瞬态响应。
• 补偿设计：通过调节连接到COMP引脚的外部组件来补偿调节器环路。

降压转换器设计

• 设置输出电压：使用外部电压分压器设置输出电压，通常选择1.2kΩ的反馈电阻以确保最小负载电流。
• 选择前馈电容：前馈电容设置转换器环路传递函数中的零点，根据电感值选择合适的电容值。
• 电感选择：通常选择15μH的电感，电感的饱和电流应至少满足转换器的最大输出电流。
• 整流二极管选择：使用肖特基二极管，其反向电压额定值应高于降压转换器的最大输出电压。
• 输出电容选择：建议使用两个22μF的陶瓷输出电容，可根据需要增加电容以改善负载瞬态响应。

布局考虑

PCB布局对于电源设计至关重要，不正确的布局可能导致转换器不稳定、负载调节问题、噪声和EMI问题。以下是一些布局建议：

• 分离AVIN和VINB的电源供应走线，并使用单独的旁路电容。
• 使用短而宽的走线将OS引脚连接到升压转换器的输出。
• 使用470nF的旁路电容将OS引脚接地，以减少噪声耦合。
• 将降压转换器的整流二极管尽可能靠近SWB引脚放置。
• 缩短(V{GH})和(V{GL})的电荷泵驱动引脚的走线，因为这些走线携带开关波形。
• 在SUP引脚和地之间放置一个1μF的旁路电容。
• 将飞跨电容尽可能靠近DRP和DRN引脚放置，避免这些引脚出现高电压尖峰。
• 将肖特基二极管尽可能靠近IC放置，特别是与连接到DRP和DRN的飞跨电容相关的二极管。
• 将负电荷泵的反馈网络远离驱动引脚走线，以避免寄生耦合。
• 在REF引脚和地之间直接连接一个220nF的电容，以确保参考电压稳定且无噪声。

应用示例

文档中给出了多个标准转换电路示例，如12V到15V、12V到18V、12V到13.5V以及12V到17V的转换电路，这些示例详细展示了TPS65161系列在不同应用场景下的具体电路设计。

总结

TPS65161、TPS65161A和TPS65161B系列产品为TFT LCD面板提供了全面且可靠的电源解决方案。通过合理的设计和布局，工程师可以充分发挥这些产品的优势，满足各种TFT LCD显示应用的需求。在实际设计过程中，需要根据具体的应用场景和要求，仔细选择和调整各个组件的参数，以确保系统的稳定性和性能。你在实际应用中是否遇到过类似电源设计的挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。