原標(biāo)題：基于TPS65105的TFT-LCD電源設(shè)計(jì)方案

基于TPS65105升壓式DC/DC變壓器的TFT-LCD電源設(shè)計(jì)方案

引言

隨著科技的飛速發(fā)展，TFT-LCD（薄膜晶體管液晶顯示器）因其高清晰度、低功耗和長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)，在家電、汽車、工業(yè)控制及便攜式設(shè)備等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，TFT-LCD的復(fù)雜驅(qū)動(dòng)電路和背光系統(tǒng)對(duì)電源設(shè)計(jì)提出了較高的要求。TPS65105作為一款專為T(mén)FT-LCD設(shè)計(jì)的混合式DC/DC變換器集成電路芯片，以其高效、穩(wěn)定、多輸出的特性，成為T(mén)FT-LCD電源設(shè)計(jì)的理想選擇。本文將詳細(xì)闡述基于TPS65105的TFT-LCD電源設(shè)計(jì)方案，包括主控芯片型號(hào)、設(shè)計(jì)原理、實(shí)現(xiàn)過(guò)程及性能評(píng)估。

主控芯片型號(hào)及作用

主控芯片型號(hào)：TPS65105

TPS65105是德州儀器（Texas Instruments, TI）公司推出的一款專為T(mén)FT-LCD顯示器供電設(shè)計(jì)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(dú)立的輸出電壓，滿足TFT-LCD顯示器對(duì)多種電壓的需求。

主要作用：

1. 三路獨(dú)立輸出電壓：TPS65105能夠輸出三路獨(dú)立的電壓，包括主輸出電壓（用于LCD驅(qū)動(dòng)源）、負(fù)輸出電壓（用于LCD負(fù)柵極驅(qū)動(dòng)器）和正輸出電壓（通過(guò)電荷泵提供，用于LCD正柵極驅(qū)動(dòng)器）。這種多輸出設(shè)計(jì)極大地簡(jiǎn)化了電源設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的集成度和可靠性。

2. 高效升壓轉(zhuǎn)換：芯片內(nèi)部的主輸出Vol是一個(gè)固定頻率（高達(dá)1.6 MHz）的PWM升壓式DC/DC變壓器，能夠?qū)⑤斎腚妷恨D(zhuǎn)換為L(zhǎng)CD驅(qū)動(dòng)源所需的電壓。這種高效升壓轉(zhuǎn)換技術(shù)不僅提高了電源轉(zhuǎn)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(nèi)部集成了完整的電荷泵電路，能夠輸出可調(diào)節(jié)的正電壓和負(fù)電壓。電荷泵電路利用電容進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，無(wú)需電感，因此具有體積小、成本低、電磁干擾小的優(yōu)點(diǎn)。

4. VCOM緩沖器：為了為L(zhǎng)CD背光板提供穩(wěn)定的供電電壓，TPS65105內(nèi)部還集成了一個(gè)VCOM緩沖器。該緩沖器能夠穩(wěn)定輸出電壓，確保LCD背光板的正常工作。

5. 保護(hù)功能：為了確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，TPS65105具有輸出過(guò)流、過(guò)熱和短路保護(hù)功能。當(dāng)任何一路輸出出現(xiàn)過(guò)流、過(guò)熱或短路時(shí)，芯片會(huì)自動(dòng)進(jìn)入關(guān)閉模式，防止損壞。

6. 軟啟動(dòng)和上電順序控制：TPS65105具有軟啟動(dòng)功能，能夠減小上電時(shí)的電流沖擊。同時(shí)，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(qū)動(dòng)電壓上電，避免液晶工作不穩(wěn)定的情況。

設(shè)計(jì)原理與實(shí)現(xiàn)

設(shè)計(jì)原理：

基于TPS65105的TFT-LCD電源設(shè)計(jì)方案主要圍繞以下幾個(gè)方面展開(kāi)：

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(jīng)過(guò)濾波處理后，進(jìn)入TPS65105的輸入端。

2. 電壓轉(zhuǎn)換與輸出：TPS65105內(nèi)部的主輸出Vol通過(guò)PWM升壓轉(zhuǎn)換，將輸入電壓轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)CD驅(qū)動(dòng)源所需的電壓。同時(shí)，電荷泵電路產(chǎn)生正電壓和負(fù)電壓，分別供給LCD的正柵極驅(qū)動(dòng)器和負(fù)柵極驅(qū)動(dòng)器。VCOM緩沖器為L(zhǎng)CD背光板提供穩(wěn)定的供電電壓。

3. 保護(hù)與控制：TPS65105具有多種保護(hù)功能，包括輸出過(guò)流、過(guò)熱和短路保護(hù)。此外，通過(guò)控制芯片的使能引腳（ENR和EN），可以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)和上電順序控制，確保TFT-LCD的穩(wěn)定工作。

實(shí)現(xiàn)過(guò)程：

1. 電路設(shè)計(jì)與元件選型：根據(jù)TPS65105的數(shù)據(jù)手冊(cè)，設(shè)計(jì)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(kāi)關(guān)頻率高達(dá)1.6 MHz，因此可以選擇價(jià)格較低、體積較小的電容（如220 nF）。

2. PCB布局與布線：在PCB設(shè)計(jì)中，需要特別注意電源線和信號(hào)線的布局與布線，以減少電磁干擾和噪聲。同時(shí)，要確保TPS65105及其外部元件的散熱良好，避免過(guò)熱損壞。

3. 軟件編程與調(diào)試：對(duì)于需要軟啟動(dòng)和上電順序控制的場(chǎng)合，可以通過(guò)編寫(xiě)控制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。程序可以通過(guò)控制TPS65105的使能引腳（ENR和EN），以及監(jiān)測(cè)電源狀態(tài)引腳（如PG）來(lái)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)和上電順序控制。在調(diào)試過(guò)程中，需要使用示波

   器、萬(wàn)用表等工具，對(duì)輸出電壓、電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確保各項(xiàng)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求。

4. 性能評(píng)估與優(yōu)化：在完成電路設(shè)計(jì)與調(diào)試后，需要對(duì)電源模塊進(jìn)行性能評(píng)估。這包括測(cè)量輸出電壓的精度、穩(wěn)定性、紋波電壓等指標(biāo)，以及驗(yàn)證保護(hù)功能是否有效。如果發(fā)現(xiàn)性能不滿足要求，需要進(jìn)一步優(yōu)化電路設(shè)計(jì)或調(diào)整元件參數(shù)。例如，可以通過(guò)改變電感的值來(lái)調(diào)整輸出電壓的紋波，或者增加濾波電容來(lái)減小噪聲干擾。

5. 系統(tǒng)集成與測(cè)試：將基于TPS65105的電源模塊集成到TFT-LCD顯示系統(tǒng)中，并進(jìn)行整體測(cè)試。測(cè)試內(nèi)容包括顯示效果、功耗、穩(wěn)定性等方面。通過(guò)調(diào)整電源模塊的參數(shù)，使TFT-LCD顯示系統(tǒng)達(dá)到最佳工作狀態(tài)。

詳細(xì)電路設(shè)計(jì)

1. 輸入電路

輸入電路主要包括濾波電容和輸入保護(hù)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(hù)電路則用于防止輸入電壓過(guò)高或過(guò)低對(duì)芯片造成損害。通常，可以在輸入端并聯(lián)一個(gè)瞬態(tài)電壓抑制二極管（TVS）和一個(gè)保險(xiǎn)絲，以提供過(guò)壓保護(hù)和過(guò)流保護(hù)。

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(jù)反饋電壓與參考電壓的差值，調(diào)節(jié)功率MOSFET的導(dǎo)通時(shí)間，從而控制電感中的電流變化，實(shí)現(xiàn)電壓的升壓轉(zhuǎn)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(nèi)部的電荷泵電路通過(guò)開(kāi)關(guān)電容的方式，將輸入電壓轉(zhuǎn)換為正電壓和負(fù)電壓。電荷泵電路的設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，主要關(guān)注電容的選型和開(kāi)關(guān)頻率的設(shè)置。電容的容量和耐壓值需根據(jù)輸出電壓和電流的要求進(jìn)行選擇，而開(kāi)關(guān)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L(zhǎng)CD背光板提供穩(wěn)定的供電電壓。該電路的設(shè)計(jì)需考慮VCOM電壓的精度和穩(wěn)定性要求。通常，可以通過(guò)調(diào)整VCOM電壓的反饋回路和輸出電容的容量，來(lái)優(yōu)化VCOM電壓的性能。

5. 保護(hù)與控制電路

保護(hù)與控制電路包括過(guò)流保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)和上電順序控制等功能。過(guò)流保護(hù)和過(guò)熱保護(hù)通常通過(guò)監(jiān)測(cè)輸出電流和芯片溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，自動(dòng)切斷電源輸出。上電順序控制則通過(guò)控制芯片的使能引腳來(lái)實(shí)現(xiàn)，確保TFT-LCD的邏輯電壓先于驅(qū)動(dòng)電壓上電。

結(jié)論

基于TPS65105的升壓式DC/DC變壓器為T(mén)FT-LCD電源設(shè)計(jì)提供了高效、穩(wěn)定、多輸出的解決方案。通過(guò)合理的電路設(shè)計(jì)和元件選型，可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的電源輸出，滿足TFT-LCD顯示器對(duì)電源的各種需求。此外，TPS65105的多種保護(hù)功能和軟啟動(dòng)特性，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)具體需求對(duì)電路設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，以達(dá)到最佳的性能和成本效益。