TPS65165：为TV和显示器TFT - LCD面板打造的紧凑型LCD偏置IC

引言

在当今的电子设备中，TFT - LCD面板广泛应用于电视和显示器等设备。而要让这些面板正常工作，合适的偏置IC至关重要。德州仪器（Texas Instruments）的TPS65165就是一款专门为TV和显示器TFT - LCD面板设计的紧凑型LCD偏置IC，它集成了诸多强大功能，能为TFT - LCD面板提供稳定可靠的电源支持。

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产品特性亮点

电源输入与输出

• 宽输入电压范围：TPS65165的输入电压范围为2.5 V至6.0 V，能适应多种电源环境。其Vs输出电压最高可达18 V，并且采用了1%精度的升压转换器，开关电流可达4.5 A，固定频率为600 kHz的PWM操作，还具备过压保护和可调节软启动功能。
• 电荷泵转换器：集成了稳压正电荷泵转换器VGH和稳压负电荷泵驱动器VGL，其中VGH还具备集成的栅极电压整形功能，并且可以对Vs和VGH进行可调节的时序控制。

高速运算放大器

该IC集成了3个高速运算放大器，具有50 MHz的3 dB带宽、45 V/µs的压摆率以及215 mA的短路电流，能满足高速信号处理的需求。

其他特性

• 高压测试模式（HVS）：可通过拉高HVS引脚来启用高压应力测试，此时VGH输出电压通常设置为30 V，Vs输出电压可编程为更高电压。
• 热关断保护：当芯片温度过高时，热关断功能会启动，防止芯片因过热而损坏。
• 小巧封装：采用40引脚的5×5 - mm QFN封装，节省电路板空间。

应用领域

TPS65165主要应用于LCD显示器和LCD电视面板，能为这些设备的TFT - LCD面板提供稳定的电源和信号处理支持。

技术细节剖析

电气特性

在不同的测试条件下，TPS65165展现出了良好的电气性能。例如，在输入电压为5.0 V、Vs为15 V、HVS为低电平、EN - CTRL为高电平，环境温度在 - 40°C至85°C的范围内，其各项参数表现稳定。

• 电源电流：在无负载静态电流方面，流入VIN的无负载静态电流IQVIN典型值为1 mA，流入SUP的无负载静态电流IQSUP典型值为20 mA。
• 逻辑信号：逻辑信号EN、CTRL、HVS的阈值电压在Vin为2.5 V至6.0 V时，范围为0.4 V至1.4 V，输入泄漏电流在±0.01 µA至±0.1 µA之间。
• 高压应力测试：当HVS为高电平时，正电荷泵输出电压VPOUT典型值为30 V，RHVS下拉电阻典型值为1 kΩ。

引脚功能

TPS65165共有40个引脚，每个引脚都有其特定的功能。

• 电源相关引脚：VIN为IC的电源输入引脚，需用1 - µF电容直接旁路到地；SUP为运算放大器和电荷泵级的电源输入引脚，连接到主输出Vs，并使用1 - µF旁路电容。
• 控制与调节引脚：ADLY和GDLY用于设置启动延迟时间，通过连接外部电容来实现；CTRL用于控制内部高压开关；SS用于设置升压转换器的软启动时间。
• 反馈与输出引脚：FB为升压转换器的反馈引脚，FBN为负电荷泵转换器的反馈引脚，POUT为正电荷泵的输出引脚，VGH为内部高压开关的输出电压引脚。

典型特性

文档中给出了多个典型特性的图表，直观地展示了TPS65165在不同工作条件下的性能。

• 升压转换器特性：包括效率与负载电流的关系、PWM操作在标称负载电流和轻负载电流下的表现、负载瞬态响应、软启动过程以及过压保护等。
• 系统功能特性：如上电时序、栅极电压整形等。
• 电荷泵特性：负电荷泵驱动器VGL和正电荷泵VGH的输出电压与负载电流的关系。
• 运算放大器特性：三个运算放大器的输入到输出失调电压与负载电流的关系。

应用设计要点

启动时序

启动时序可以通过调节ADLY和GDLY的延迟时间来控制。在ADLY设置的延迟时间过后，升压转换器、负电荷泵和正电荷泵同时启动；只有当GDLY设置的延迟时间过去且CTRL信号为高电平时，VGH才会变为高电平。

升压转换器设计

• 参数计算：在设计升压转换器时，需要计算转换器的占空比、最大输出电流和峰值开关电流等参数。可以根据效率曲线估算效率，然后进行相关计算。
• 元件选择：
  • 电感：通常选择10 - µH的电感，电感的饱和电流应高于计算得到的峰值开关电流，同时电感的直流电阻越低，转换器的效率越高。
  • 输出电容：推荐使用低ESR的陶瓷电容，对于大多数应用，三个22µF或六个10uF的陶瓷输出电容并联即可，可根据需要增加电容数量以改善负载瞬态调节。
  • 整流二极管：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，电流额定值根据转换器的关断时间和典型开关电流计算。

电荷泵设计

• 正电荷泵：自动在倍压器和三倍压器模式之间切换，需要两个330 - nF的飞跨电容和一个1 - µF的输出电容来保证稳定运行。通过外部电阻分压器设置输出电压，为了减少噪声和泄漏电流的影响，建议反馈分压器的下电阻R6约为20 kΩ。
• 负电荷泵：通过外部电阻分压器设置输出电压，将SUP引脚的电压反相并调节到编程电压。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。

高压开关控制

对于高压开关控制（栅极电压整形），不建议在VGH连接输出电容。如果输出纹波电压高于预期，应增加POUT的输出电容值。通过将LCD时序控制器（TCON）的控制信号连接到CTRL引脚来实现栅极电压整形。

运算放大器使用

TPS65165集成的三个运算放大器可作为伽马校正缓冲器或VCOM缓冲器。OpAmp 3已配置为标准缓冲器。为了获得良好的性能和最小化输出噪声，需要在SUP引脚和地之间直接连接一个1 - µF的旁路电容。当设备禁用时，运算放大器的输出通过一个10kΩ电阻拉低。由于运算放大器不适合驱动容性负载，建议在输出端使用一个3.3 - Ω的串联电阻来保证稳定运行。

PCB布局设计准则

• 元件布局：首先放置电源组件，使用宽PCB走线连接相关引脚。
• 电容放置：在Vin和SUP引脚与地之间直接放置1 - µF的旁路电容，将220 - nF的参考电容直接从REF连接到AGND，靠近IC引脚。
• 布线注意事项：负电荷泵的反馈电阻应大于40 kΩ，VGL的电荷泵驱动引脚（DRVN）使用短走线，飞跨电容应尽可能靠近C1P、C1N、C2P和C2N引脚。
• 散热处理：将QFN封装的功率焊盘焊接到地，并使用热过孔降低热阻。

总结

TPS65165是一款功能强大、性能稳定的紧凑型LCD偏置IC，为TV和显示器TFT - LCD面板提供了全面的电源和信号处理解决方案。在设计过程中，工程师需要根据具体的应用需求，合理选择元件参数，优化PCB布局，以充分发挥该IC的性能优势。你在使用TPS65165的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。