原標題：基于TPS65105的TFT-LCD電源設計方案

基于TPS65105升壓式DC/DC變壓器的TFT-LCD電源設計方案

引言

隨著科技的飛速發展，TFT-LCD（薄膜晶體管液晶顯示器）因其高清晰度、低功耗和長壽命等優點，在家電、汽車、工業控制及便攜式設備等領域得到了廣泛應用。然而，TFT-LCD的復雜驅動電路和背光系統對電源設計提出了較高的要求。TPS65105作為一款專為TFT-LCD設計的混合式DC/DC變換器集成電路芯片，以其高效、穩定、多輸出的特性，成為TFT-LCD電源設計的理想選擇。本文將詳細闡述基于TPS65105的TFT-LCD電源設計方案，包括主控芯片型號、設計原理、實現過程及性能評估。

主控芯片型號及作用

主控芯片型號：TPS65105

TPS65105是德州儀器（Texas Instruments, TI）公司推出的一款專為TFT-LCD顯示器供電設計的混合式DC/DC變換器集成電路芯片。該芯片集成了多種電源管理功能，能夠提供三路獨立的輸出電壓，滿足TFT-LCD顯示器對多種電壓的需求。

主要作用：

1. 三路獨立輸出電壓：TPS65105能夠輸出三路獨立的電壓，包括主輸出電壓（用于LCD驅動源）、負輸出電壓（用于LCD負柵極驅動器）和正輸出電壓（通過電荷泵提供，用于LCD正柵極驅動器）。這種多輸出設計極大地簡化了電源設計，提高了系統的集成度和可靠性。

2. 高效升壓轉換：芯片內部的主輸出Vol是一個固定頻率（高達1.6 MHz）的PWM升壓式DC/DC變壓器，能夠將輸入電壓轉換為LCD驅動源所需的電壓。這種高效升壓轉換技術不僅提高了電源轉換效率，還減小了外部元件的尺寸和成本。

3. 電荷泵電路：TPS65105內部集成了完整的電荷泵電路，能夠輸出可調節的正電壓和負電壓。電荷泵電路利用電容進行能量轉換，無需電感，因此具有體積小、成本低、電磁干擾小的優點。

4. VCOM緩沖器：為了為LCD背光板提供穩定的供電電壓，TPS65105內部還集成了一個VCOM緩沖器。該緩沖器能夠穩定輸出電壓，確保LCD背光板的正常工作。

5. 保護功能：為了確保系統的安全穩定運行，TPS65105具有輸出過流、過熱和短路保護功能。當任何一路輸出出現過流、過熱或短路時，芯片會自動進入關閉模式，防止損壞。

6. 軟啟動和上電順序控制：TPS65105具有軟啟動功能，能夠減小上電時的電流沖擊。同時，該芯片還具有上電順序控制功能，確保TFT-LCD的邏輯電壓先于驅動電壓上電，避免液晶工作不穩定的情況。

設計原理與實現

設計原理：

基于TPS65105的TFT-LCD電源設計方案主要圍繞以下幾個方面展開：

1. 輸入電壓處理：TPS65105的輸入電壓范圍為2.7V至5.8V，通常使用5V電源作為輸入。輸入電壓經過濾波處理后，進入TPS65105的輸入端。

2. 電壓轉換與輸出：TPS65105內部的主輸出Vol通過PWM升壓轉換，將輸入電壓轉換為LCD驅動源所需的電壓。同時，電荷泵電路產生正電壓和負電壓，分別供給LCD的正柵極驅動器和負柵極驅動器。VCOM緩沖器為LCD背光板提供穩定的供電電壓。

3. 保護與控制：TPS65105具有多種保護功能，包括輸出過流、過熱和短路保護。此外，通過控制芯片的使能引腳（ENR和EN），可以實現軟啟動和上電順序控制，確保TFT-LCD的穩定工作。

實現過程：

1. 電路設計與元件選型：根據TPS65105的數據手冊，設計合適的電路圖，并選擇合適的外部元件，如電感、電容、電阻等。特別需要注意的是，由于TPS65105的電荷泵開關頻率高達1.6 MHz，因此可以選擇價格較低、體積較小的電容（如220 nF）。

2. PCB布局與布線：在PCB設計中，需要特別注意電源線和信號線的布局與布線，以減少電磁干擾和噪聲。同時，要確保TPS65105及其外部元件的散熱良好，避免過熱損壞。

3. 軟件編程與調試：對于需要軟啟動和上電順序控制的場合，可以通過編寫控制程序來實現。程序可以通過控制TPS65105的使能引腳（ENR和EN），以及監測電源狀態引腳（如PG）來實現軟啟動和上電順序控制。在調試過程中，需要使用示波

   器、萬用表等工具，對輸出電壓、電流進行監測，確保各項指標符合設計要求。

4. 性能評估與優化：在完成電路設計與調試后，需要對電源模塊進行性能評估。這包括測量輸出電壓的精度、穩定性、紋波電壓等指標，以及驗證保護功能是否有效。如果發現性能不滿足要求，需要進一步優化電路設計或調整元件參數。例如，可以通過改變電感的值來調整輸出電壓的紋波，或者增加濾波電容來減小噪聲干擾。

5. 系統集成與測試：將基于TPS65105的電源模塊集成到TFT-LCD顯示系統中，并進行整體測試。測試內容包括顯示效果、功耗、穩定性等方面。通過調整電源模塊的參數，使TFT-LCD顯示系統達到最佳工作狀態。

詳細電路設計

1. 輸入電路

輸入電路主要包括濾波電容和輸入保護電路。濾波電容用于濾除輸入電壓中的高頻噪聲，提高電源的抗干擾能力。輸入保護電路則用于防止輸入電壓過高或過低對芯片造成損害。通常，可以在輸入端并聯一個瞬態電壓抑制二極管（TVS）和一個保險絲，以提供過壓保護和過流保護。

2. 升壓電路

升壓電路是TPS65105的核心部分，包括PWM控制器、功率MOSFET、電感、輸出電容等元件。PWM控制器根據反饋電壓與參考電壓的差值，調節功率MOSFET的導通時間，從而控制電感中的電流變化，實現電壓的升壓轉換。輸出電容則用于平滑輸出電壓，減小紋波電壓。

3. 電荷泵電路

TPS65105內部的電荷泵電路通過開關電容的方式，將輸入電壓轉換為正電壓和負電壓。電荷泵電路的設計相對簡單，主要關注電容的選型和開關頻率的設置。電容的容量和耐壓值需根據輸出電壓和電流的要求進行選擇，而開關頻率則直接影響輸出電壓的紋波和效率。

4. VCOM緩沖器電路

VCOM緩沖器電路用于為LCD背光板提供穩定的供電電壓。該電路的設計需考慮VCOM電壓的精度和穩定性要求。通常，可以通過調整VCOM電壓的反饋回路和輸出電容的容量，來優化VCOM電壓的性能。

5. 保護與控制電路

保護與控制電路包括過流保護、過熱保護和上電順序控制等功能。過流保護和過熱保護通常通過監測輸出電流和芯片溫度來實現，當超過設定閾值時，自動切斷電源輸出。上電順序控制則通過控制芯片的使能引腳來實現，確保TFT-LCD的邏輯電壓先于驅動電壓上電。

結論

基于TPS65105的升壓式DC/DC變壓器為TFT-LCD電源設計提供了高效、穩定、多輸出的解決方案。通過合理的電路設計和元件選型，可以實現高質量的電源輸出，滿足TFT-LCD顯示器對電源的各種需求。此外，TPS65105的多種保護功能和軟啟動特性，進一步提高了系統的可靠性和穩定性。在實際應用中，可以根據具體需求對電路設計進行優化和調整，以達到最佳的性能和成本效益。