德州仪器TPS65167/TPS65167A：TFT - LCD TV面板的紧凑型电源解决方案

在电子设备不断发展的今天，对于TFT - LCD TV面板等显示设备的电源管理需求日益复杂。德州仪器（TI）推出的TPS65167和TPS65167A芯片，为TFT - LCD TV面板提供了紧凑且功能强大的电源解决方案。接下来，我们将深入探讨这两款芯片的特性、参数、设计要点以及典型应用。

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一、产品概述

TPS65167和TPS65167A专为大尺寸显示器和电视面板应用设计，能从12V电源轨运行，为LCD面板提供所需的所有电压。该设备可生成TFT LCD偏置所需的3个电压轨（Vs、VGL和VGH），还包含一个降压转换器和一个LDO控制器，以提供两个逻辑电压轨。

二、产品特性

1. 输入输出电压范围

• 输入电压范围为6V至14V，Vs输出电压范围最高可达19V，能适应多种电源环境。
• 提供不同的输出电压，如VGH可达30V，VGL为 - 5V，Vlogic为3.3V，Vaux为1.8V等，满足LCD面板不同部分的供电需求。

2. 转换器性能

• 升压转换器：具有3.5A开关电流，采用独特的快速响应、电压模式控制器方案，固定开关频率为750kHz，能实现出色的线路和负载调节，在整个负载电流范围内以固定频率在连续导通模式下运行。
• 降压转换器：2.5A降压转换器，输出电压可固定为3.3V或可调，同样采用快速响应电压模式拓扑，驱动内部2.8A N - 通道MOSFET开关。

3. 电荷泵功能

• 150mA负电荷泵驱动器用于VGL，50mA正电荷泵用于VGH，正电荷泵可在倍压器和三倍压器模式之间自动切换，以提供可调的TFT栅极导通电压。

4. 保护与控制功能

• 具备升压转换器过压保护、所有输出的短路保护、热关断、欠压锁定等安全特性，确保设备在异常情况下的稳定性。
• 支持高电压应力测试，通过拉高HVS引脚可将VGH输出电压设置为30V，Vs输出电压可编程为更高电压。
• 具有可调的启动顺序，可根据LCD的要求提供正确的电压顺序。

5. 其他特性

• LDO控制器用于逻辑电源，提供稳定的逻辑电压。
• 具备栅极电压整形功能，可通过CTRL引脚控制VGH的输出。
• 温度传感器输出，可监测芯片实际温度。

三、电气参数

1. 绝对最大额定值

• 各引脚的电压范围有明确限制，如AVIN、VINB等引脚电压范围为 - 0.3V至16.5V，EN、HVS等引脚为 - 0.3V至6V。
• 工作结温范围为 - 40°C至150°C，存储温度范围为 - 65°C至150°C。

2. 推荐工作条件

• 输入电压范围为6V至14V，工作环境温度为 - 40°C至85°C，工作结温为 - 40°C至125°C。
• 推荐使用特定的旁路电容，如REGOUT使用4.7µF，REF使用100nF。

3. 电气特性

涵盖了电源电流、参考电压、逻辑信号、开关频率、调节器输出电压等多项参数，为电路设计提供了详细的参考。例如，升压转换器的输出电压范围、反馈调节电压、开关电流限制等，降压转换器的输出电压精度、反馈调节电压等。

四、设计要点

1. 启动顺序

当输入电压超过欠压锁定阈值时，降压转换器和LDO控制器同时启动。当使能信号（EN）变高时，负电荷泵启动，随后升压转换器Vs与正电荷泵同时启动。可通过连接外部电容到EN和GDLY引脚来设置延迟时间。

2. 升压转换器设计

• 首先要验证升压转换器的最大输出电流是否满足应用需求，可根据效率曲线估算效率，进而计算稳态值。
• 电感选择：推荐使用10µH电感，饱和电流应高于峰值开关电流，直流电阻越低，转换器效率越高。
• 输出电容：推荐使用低ESR的陶瓷电容，如三个22µF或六个10µF陶瓷输出电容并联。
• 整流二极管：应使用肖特基二极管，反向电压额定值应高于转换器最大输出电压，电流额定值根据转换器关断时间和峰值开关电流计算。

3. 降压转换器设计

• 输出电压可固定为3.3V或通过外部电阻分压器调节。
• 电感选择：通常使用10µH电感，要考虑电感的直流电阻和饱和电流。
• 整流二极管：使用肖特基二极管，根据降压转换器的关断时间和最小开关电流计算平均整流正向电流。
• 输出电容：推荐使用两个22µF陶瓷输出电容。

4. 正电荷泵设计

• 需要两个330nF飞跨电容和1µF输出电容以确保稳定运行。
• 输出电压可通过外部电阻分压器设置，推荐将下反馈分压器电阻R5保持在20kΩ左右，并在R4上跨接100pF前馈电容。

5. 负电荷泵设计

• 输出电压由外部电阻分压器设置，参考输出驱动电流通常不超过30µA，下反馈电阻R8应在40kΩ至120kΩ范围内。
• 需要两个外部肖特基二极管，其峰值电流额定值应为输出负载电流的两倍。

6. LDO控制器设计

• 输出电压可通过电阻分压器设置，输入电容使用1µF，输出电容根据负载电流选择，负载电流不超过300mA时使用10µF，超过300mA时使用22µF。
• 外部晶体管根据所需输出电流和集电极饱和电压选择，同时要考虑最大功耗。

7. PCB布局设计

• 先放置加粗的电源组件，用宽PCB走线连接加粗的走线。
• 在SUP和AVIN引脚直接连接1µF旁路电容，SUPN引脚连接470nF旁路电容。
• 参考电容100nF应直接从REF连接到GND，靠近IC引脚。
• 负电荷泵的反馈电阻应大于40kΩ，DRVN引脚的走线要短，反馈电阻应远离DRVN走线。
• 飞跨电容应尽可能靠近C1P、C1N和C2P、C2N引脚。
• QFN封装的PowerPad应焊接到GND，并使用热过孔降低热阻。

五、典型应用

文档中给出了多种典型应用电路，包括可调降压转换器、3.3V固定输出电压降压转换器、1.2V LDO控制器以及在升压转换器输出端使用隔离开关的应用电路，为工程师提供了实际设计的参考。

六、总结

TPS65167和TPS65167A芯片以其丰富的功能、良好的性能和全面的保护特性，为TFT - LCD TV面板的电源设计提供了优秀的解决方案。在设计过程中，工程师需要根据具体应用需求，合理选择外部组件，优化PCB布局，以确保设备的稳定性和可靠性。你在实际应用中是否遇到过类似芯片的设计挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。