TPS65160/TPS65160A：TFT LCD面板偏置电源的理想之选

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TFT LCD面板这类对电源要求较高的设备。德州仪器（TI）的TPS65160和TPS65160A芯片，为TFT LCD面板提供了紧凑且高效的电源解决方案。下面我们就来详细了解一下这两款芯片。

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一、产品概述

TPS65160和TPS65160A专为电视和显示器TFT LCD面板提供偏置电源，能满足薄膜晶体管（TFT）LCD面板所需的四种电压。凭借其高电流能力，该设备非常适合大屏幕显示器面板和LCD电视应用。

二、产品特性

1. 输入输出电压范围

• 输入电压范围为8 - 14V，(V_{S})输出电压范围最高可达20V（TPS65160）或17.5V（TPS65160A），能适应多种电源环境。

  2. 转换器性能

• 1%精度的升压转换器，开关电流可达2.8A，能有效提升电源转换效率。
• 1.5%精度的1.8A降压转换器，为系统提供稳定的逻辑电压。

  3. 开关频率

• 具有500kHz/750kHz固定开关频率，可通过FREQ引脚选择，满足不同应用场景的需求。

  4. 电荷泵驱动

• 提供负电荷泵驱动（VGL）和正电荷泵驱动（VGH），并支持VGL和VGH的可调排序。

  5. 其他特性

• 具备栅极驱动信号，可驱动外部MOSFET，实现输入输出隔离。
• 内部和可调软启动功能，可防止启动时的高浪涌电流。
• 拥有短路保护、过压保护（TPS65160为23V，TPS65160A为19.5V）和热关断功能，保障设备的安全稳定运行。
• 采用HTSSOP - 28封装，便于安装和集成。

三、电气特性

1. 电源电流

• 不同输入电压和工作模式下，静态电流和关断电流都控制在较低水平，有助于降低功耗。

  2. 逻辑信号

• 对EN1、EN2和FREQ引脚的高低电平输入电压有明确要求，确保信号的准确传输和控制。

  3. 振荡器频率

• FREQ引脚可设置振荡器频率，高电平时为750kHz，低电平时为500kHz。

  4. 转换器性能

• 升压转换器和降压转换器在输出电压范围、反馈调节电压、开关电流限制等方面都有出色的表现，保证了电源的稳定性和可靠性。

四、详细设计

1. 升压转换器

• 工作模式：采用脉冲宽度调制（PWM），固定开关频率，具有快速响应和输入电压前馈功能，能实现出色的线路和负载调节。
• 软启动：通过连接到SS引脚的外部电容设置软启动时间，防止启动时的高浪涌电流。
• 过压保护：当反馈引脚浮动或短路到地时，可保护主开关Q2，确保设备安全。

  2. 降压转换器

• 工作模式：采用快速响应电压模式拓扑，固定开关频率，内部补偿简单，适用于陶瓷输出电容器。
• 软启动：内部软启动功能可避免启动时的高浪涌电流，启动时间通常在1ms内完成。
• 短路保护：通过逐周期电流限制和降低开关频率，限制短路电流，保护设备。

  3. 正电荷泵和负电荷泵

• 正电荷泵：通过外部电阻分压器设置输出电压，可提供高达Vsup + Vs的输出电压。
• 负电荷泵：同样通过外部电阻分压器设置输出电压，输出电压为VGL = (–VSUP) + Vdrop。

  4. 上电排序

• 通过连接到DLY1和DLY2的电容器设置可调上电排序，由EN1和EN2控制，确保各电源按顺序启动。

  5. 栅极驱动引脚

• GD引脚为开漏输出，当升压转换器输出在调节范围内时为低电平，可用于控制外部MOSFET开关。

  6. 欠压锁定

• 当输入电压低于6V时，设备将自动关闭，避免误操作。

五、元件选择

1. 输入电容器

• 推荐使用低ESR陶瓷电容器，AVIN引脚连接1µF电容器，VINB引脚连接两个22µF电容器，以实现良好的输入电压滤波。

  2. 电感选择

• 升压转换器：通常使用10µH电感，电感饱和电流应高于峰值开关电流，DC电阻越低效率越高。
• 降压转换器：通常使用15µH电感，电感额定电流应至少为转换器最大输出电流加上电感纹波电流。

  3. 输出电容器

• 升压转换器：推荐使用三个22µF陶瓷电容器并联，以实现最佳输出电压滤波。
• 降压转换器：使用两个22µF陶瓷电容器，可根据需要增加电容以改善负载瞬态响应。

  4. 整流二极管

• 推荐使用肖特基二极管，反向电压额定值应高于转换器最大输出电压，平均整流正向电流额定值应满足要求。

六、布局考虑

PCB布局对于电源供应设计至关重要，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器。
• 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旁路电容器将OS引脚接地，以减少噪声耦合。
• 对VGH和VGL的电荷泵驱动引脚（DRN、DRP）使用短走线，因为这些走线携带开关波形。
• 将飞跨电容器尽可能靠近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，分别对应连接到DRP和DRN的飞跨电容器。
• 将负电荷泵的反馈网络远离负电荷泵的驱动引脚走线，以避免寄生耦合到负电荷泵的反馈网络，从而实现良好的输出电压精度和负载调节。

七、应用示例

文档中提供了多个应用电路示例，包括正电荷泵倍增器、驱动隔离FET以及12V到13.5V转换等，为工程师在实际设计中提供了参考。

TPS65160和TPS65160A芯片凭借其丰富的特性、出色的电气性能和详细的设计指导，为TFT LCD面板的电源设计提供了全面的解决方案。在实际应用中，工程师可以根据具体需求选择合适的芯片，并按照设计指南进行元件选择和PCB布局，以确保设备的稳定运行。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区交流分享。