基于TPS65105的TFT-LCD電源設計方案

一、引言

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，在便攜式設備、計算機顯示器、電視等領域得到了廣泛應用。TPS65105是一款由TI（德州儀器）公司推出的專為TFT-LCD顯示器供電設計的混合式DC/DC變換器集成電路芯片。該芯片能夠提供三路輸出電壓，滿足TFT-LCD顯示器的復雜供電需求。本文將詳細介紹基于TPS65105的TFT-LCD電源設計方案。

二、TPS65105主控芯片介紹

1. 芯片概述

TPS65105是一款專為TFT-LCD顯示器供電設計的混合式DC/DC變換器集成電路芯片。它采用先進的PWM（脈沖寬度調制）技術和電荷泵技術，能夠提供三路獨立的輸出電壓，滿足TFT-LCD顯示器的各種供電需求。

2. 主要性能

• 輸入電壓范圍：2.7~5.8 V

• 固定工作頻率：高達1.6 MHz

• 三路獨立的輸出電壓：主輸出電壓可高達15 V，精度可高達1%以上；負輸出電壓為-12 V/20 mA；正輸出電壓為30 V/20 mA

• 內部集成VCOM緩沖器：為LCD背光板提供供電電源

• 3.3 V輔助輸出的線性穩壓器控制器：為數字電路提供穩定的3.3 V輸出電壓

• 具有軟啟動功能：避免啟動時的電流沖擊

• 具有上電順序控制功能：確保各電壓按正確順序上電

• 具有所有輸出故障檢測功能：實時監測輸出電壓狀態

• 具有過熱保護功能：確保芯片在安全溫度下工作

3. 芯片結構

TPS65105芯片內部結構復雜，主要包括以下幾個部分：

• 輔助式線性穩壓器：從5 V輸入電源中為供電系統提供3.3 V的總線電源電壓輸出。

• 主輸出Vol：一個工作頻率高達1.6 MHz的固定頻率PWM升壓式DC/DC變壓器，為LCD顯示器的驅動源提供一個供電電壓。

• DC/DC變換器控制器：具有不同功率開關電流極限值，典型值為2.3 A。

• 電荷泵：除輸出電壓可以調節以外，還可以為LCD正柵極驅動器提供2倍壓/3倍壓的輸出電壓。

• 負電荷泵控制器：為LCD負柵極驅動器提供一路負電壓輸出。

• VCOM緩沖器：為LCD背光板提供供電電源。

• 線性穩壓器控制器：使用一個外部晶體功率管為數字電路提供3.3 V輸出電壓。

三、電源設計方案

1. 設計目標

設計一個穩定可靠的TFT-LCD電源，滿足7寸TFT液晶屏的供電需求，并解決TPS65105的上電時序問題。

2. 電路設計

基于TPS65105的TFT-LCD電源設計電路主要包括以下幾個部分：

• 輸入電源電路：提供穩定的5 V輸入電壓。

• TPS65105芯片電路：實現三路輸出電壓的生成和調節。

• 上電時序控制電路：確保各電壓按正確順序上電，避免液晶工作不穩定。

• 保護電路：包括過流、過熱和短路保護功能，確保電路安全可靠工作。

3. 輸入電源電路

輸入電源電路主要負責提供穩定的5 V輸入電壓?？梢圆捎贸Ｒ姷腄C/DC轉換器或線性穩壓器來實現。在實際設計中，需要根據系統的功耗和輸入電壓范圍選擇合適的電源器件。

4. TPS65105芯片電路

TPS65105芯片電路是設計的核心部分，負責生成和調節三路輸出電壓。具體電路設計如下：

• 輔助式線性穩壓器電路：將5 V輸入電壓轉換為3.3 V總線電源電壓輸出，為數字電路提供穩定的供電。

• 主輸出Vol電路：通過PWM升壓式DC/DC變壓器，將輸入電壓升壓至所需的驅動源電壓，為LCD顯示器的驅動源供電。

• 電荷泵電路：通過調節電荷泵的開關頻率和電容值，為LCD正柵極驅動器提供2倍壓/3倍壓的輸出電壓。同時，負電荷泵控制器為LCD負柵極驅動器提供一路負電壓輸出。

5. 上電時序控制電路

TFT-LCD要求邏輯電壓V3.3_LCD要先于各路驅動電壓至少200 ms上電。為了確保這一點，需要設計上電時序控制電路。具體實現方法有兩種：

• 方法一：將V3.3_LCD通過TPS65105輸出，利用TPS65105的上電順序控制功能，確保邏輯電壓先于驅動電壓上電。

• 方法二：利用程序控制TPS65105的2腳ENR和3腳EN，等系統上電成功后再利用CPU的I/O口使能TPS65105工作，從而避免邏輯電壓滯后于驅動電壓的情況。

6. 保護電路

為了保護電路的安全可靠工作，需要設計過流、過熱和短路保護功能。TPS65105芯片內部已經集成了這些保護功能，但在實際設計中，還需要根據系統的具體情況進行外部電路的設計和優化。

• 過流保護：當任何一路輸出電流超過設定值時，芯片會自動進入關閉模式，避免過流損壞。

• 過熱保護：當芯片溫度超過設定值時，芯片會自動進入關閉模式，避免過熱損壞。

• 短路保護：當任何一路輸出發生短路時，芯片會自動進入關閉模式，避免短路損壞。

四、主控芯片型號及其在設計中的作用

1. 主控芯片型號

本方案采用的主控芯片為TPS65105。

2. 作用

TPS65105在設計中的主要作用如下：

• 提供三路輸出電壓：滿足TFT-LCD顯示器的復雜供電需求。

• 上電順序控制：確保各電壓按正確順序上電，避免液晶工作不穩定。

• 保護功能：提供過流、過熱和短路保護功能，確保電路安全可靠工作。

• 高效率：采用先進的PWM技術和電荷泵技術，提高電源轉換效率，降低功耗。

五、測試與驗證

為了驗證設計的可行性和穩定性，需要對電路進行詳細的測試和驗證。具體測試內容包括：

• 電壓測試：測量各輸出電壓的值和精度，確保滿足設計要求。

• 上電時序測試：測量各電壓的上電順序和時間間隔，確保滿足TFT-LCD的供電要求。

• 保護功能測試：模擬過流、過熱和短路等故障情況，驗證保護功能的可靠性和有效性。

• 穩定性測試：在長時間連續工作的情況下，監測電路的穩定性和可靠性。

經過實際測試，基于TPS65105的TFT-LCD電源設計方案完全滿足設計要求，具有穩定可靠的供電性能。

六、結論

本文詳細介紹了基于TPS65105的TFT-LCD電源設計方案。通過合理的電路設計和優化，實現了對TFT-LCD顯示器的穩定可靠供電。TPS65105作為一款專為TFT-LCD顯示器供電設計的混合式DC/DC變換器集成電路芯片，具有高效、穩定、可靠等優點，在TFT-LCD電源設計中具有廣泛的應用前景。