TPS65162：LCD偏置IC的卓越之选

在电子设备的设计中，LCD偏置IC扮演着至关重要的角色。今天，我们就来深入了解一下德州仪器（TI）推出的一款紧凑型LCD偏置IC——TPS65162，它专为电视LCD面板设计，具有诸多出色的特性和功能。

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一、产品概述

TPS65162是一款带有两个高速运算放大器的紧凑型LCD偏置IC，为(V_{com})电源供电。其高电流能力使其非常适合大型LCD显示器和LCD电视应用。该IC能够生成TFT LCD所需的所有四个电压轨（(Vs)、(V{logic})、(V{GH})和(V{GL})），并包含两个运算放大器来生成(V_{COM})电源轨。

二、产品特性

（一）电源相关特性

1. 输入电压范围：支持8 - 14.7V的输入电压范围，能适应多种电源环境。
2. 开关频率：具备500kHz / 750kHz的固定开关频率，可根据需求通过FREQ引脚进行选择。较低的开关频率能带来更高的效率，但负载瞬态调节性能会稍有降低。
3. 输出电压：
   • 升压转换器的输出电压最高可达19V，且具有1%的精度，开关电流为2.8A。
   • 2.5A的降压转换器，可提供稳定的逻辑电压。
   • 调节后的正电荷泵驱动器(V{GH})和负电荷泵驱动器(V{GL})，为TFT提供偏置电压。
4. 保护功能：
   • 具有过压保护功能，可防止升压转换器的开关电压超过绝对最大开关电压额定值。
   • 输入到输出隔离开关可提供短路保护，当输出短路时，能限制(V_S)电流。
   • 还具备热关断功能，当温度超过160°C时，设备会自动关闭，温度下降后会自动重启。

（二）放大器特性

集成了两个高速运算放大器，具有50MHz的3dB带宽、55V/μs的压摆率和215mA的短路电流，可满足高速信号处理的需求。

（三）其他特性

1. 软启动功能：所有转换器都具备软启动功能，可减少启动时的浪涌电流。
2. 门电压整形：能够改善TFT - LCD的图像质量，减少闪烁效应。
3. 可调上电时序：通过调整连接到DLY1和DLY2的电容器，可以设置启动顺序。

三、应用领域

TPS65162主要应用于LCD电视和LCD显示器，为这些设备提供稳定的电源和信号处理支持。

四、技术参数

（一）绝对最大额定值

输入电压范围为 - 0.3至16.8V，不同引脚的电压范围也有相应限制。工作结温范围为 - 40至150°C，工作环境温度范围为 - 65至85°C。

（二）推荐工作条件

输入电压范围为8 - 14.7V，工作环境温度为 - 40至85°C，工作结温为 - 40至125°C。

（三）电气特性

涵盖了电源电流、逻辑信号、控制和软启动、内部振荡器、升压转换器、隔离开关、门电压整形、降压转换器、负电荷泵、正电荷泵输出以及运算放大器等多个方面的参数。例如，输入电压范围为8 - 14.7V，关机电流较小，静态电流在一定范围内波动等。

五、引脚分配和功能

TPS65162采用48引脚的7x7mm QFN封装，每个引脚都有特定的功能。例如，POS1和POS2是运算放大器的非反相输入引脚，OUT1和OUT2是运算放大器的输出引脚，VDD是门电压整形的阈值电压引脚等。了解这些引脚的功能，对于正确使用该IC至关重要。

六、典型特性

文档中给出了多个典型特性的图表，包括升压转换器和降压转换器的效率与负载电流的关系、PWM操作、软启动、负载瞬态响应、短路保护、过压保护等，以及系统性能方面的上电时序和门电压整形等。通过这些图表，我们可以直观地了解该IC在不同工作条件下的性能表现。

七、应用信息

（一）热关断和欠压锁定

热关断功能可防止设备因过热和功率耗散而损坏，欠压锁定功能可避免设备在低输入电压下出现故障。

（二）参考输出

设备提供参考输出，用于调节负电荷泵，为保证参考电压稳定，需在REF引脚和AGND之间连接一个220nF的旁路电容器。

（三）启动顺序

启动顺序可通过调整连接到DLY1和DLY2的电容器来设置，由EN1和EN2信号控制。

（四）延迟时间设置

通过在DLY1和DLY2引脚连接外部电容器，可以设置延迟时间，计算公式为(C{dty}=frac{5 mu A × t{d}}{V{REF}}=frac{5 mu A × t{d}}{1.280 V})，其中(t_{d})为所需的延迟时间。

八、电路设计要点

（一）升压转换器

1. 设计步骤：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，通过估算转换器效率来计算稳态值。
2. 元件选择：
   • 电感：通常使用10μH的电感，电感的饱和电流应高于峰值开关电流，且直流电阻越低，转换器效率越高。
   • 输出电容：建议使用低ESR的陶瓷电容，在输入 - 输出隔离开关前使用一个10μF的陶瓷电容，开关后可并联多个10μF或22μF的陶瓷电容。
   • 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。
3. 输出电压设置：通过外部电阻分压器设置输出电压，计算公式为(V_{out }=1.268 V timesleft(1+frac{R 1}{R 2}right))，同时需要在上方电阻上跨接一个旁路电容来加快负载瞬态响应。
4. 补偿：通过调整连接到VC引脚的外部元件来补偿调节器环路，通常使用一个22nF的电容即可。

（二）正电荷泵和负电荷泵

1. 输出电压设置：正电荷泵的输出电压计算公式为(V{out }=V{REF } timesleft(1+frac{R 5}{R 6}right)=1.265 V timesleft(1+frac{R 5}{R 6}right))，负电荷泵的输出电压计算公式为(V{out }=-V{REF } × frac{R 3}{R 4}=-1.265 V × frac{R 3}{R 4})。
2. 元件选择：负电荷泵需要两个外部肖特基二极管，其峰值电流额定值必须是输出负载电流的两倍。

（三）降压转换器

1. 软启动和短路保护：内部软启动可避免启动时的高浪涌电流，短路保护通过逐周期电流限制和降低开关频率来实现。
2. 输出电压设置：通过外部电压分压器设置输出电压，计算公式为(V_{out }=1.265 V timesleft(1+frac{R 5}{R 6}right))。
3. 元件选择：
   • 电感：通常使用10μH的电感，电感的额定电流应至少为转换器的最大输出电流加上电感纹波电流。
   • 整流二极管：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：使用两个22μF的陶瓷电容即可满足大多数应用需求。

（四）运算放大器

1. 电源和旁路电容：运算放大器的电源引脚为AVIN，需在该引脚和地之间连接一个1μF的旁路电容，以提高性能和减少输出噪声。
2. 负载驱动：运算放大器不适合直接驱动容性负载，若需要驱动容性负载，可在输出端使用一个3.3Ω的串联电阻。
3. 终端处理：对于未使用的放大器，应将负端连接到输出端，正端连接到地，输出端留空，以降低设备的静态电流。

九、PCB布局设计指南

1. 首先放置电源组件，并使用宽PCB走线进行布线。
2. 在SUP引脚和AVIN引脚与地之间直接放置1μF的旁路电容。
3. 使用短而宽的走线将SUP引脚连接到升压转换器的输出(V_s)。
4. 在REF引脚和地之间靠近IC引脚处放置220nF的参考电容。
5. 负电荷泵的反馈电阻应大于40kΩ。
6. 对于VGL的电荷泵驱动引脚（DRVN），应使用短走线，因为这些走线会携带开关波形。
7. 将QFN封装的PowerPAD™焊接到地，并使用热过孔降低热阻。

十、总结

TPS65162是一款功能强大、性能出色的LCD偏置IC，具有丰富的特性和保护功能，适用于多种LCD应用。在设计过程中，我们需要根据其技术参数和应用信息，合理选择元件，优化电路设计和PCB布局，以充分发挥其性能优势。你在使用TPS65162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。