基于TPS65105的TFT-LCD电源设计方案

一、引言

TFT-LCD（薄膜晶体管液晶显示器）因其高清晰度、低功耗和长寿命等优点，在便携式设备、计算机显示器、电视等领域得到了广泛应用。TPS65105是一款由TI（德州仪器）公司推出的专为TFT-LCD显示器供电设计的混合式DC/DC变换器集成电路芯片。该芯片能够提供三路输出电压，满足TFT-LCD显示器的复杂供电需求。本文将详细介绍基于TPS65105的TFT-LCD电源设计方案。

二、TPS65105主控芯片介绍

1. 芯片概述

TPS65105是一款专为TFT-LCD显示器供电设计的混合式DC/DC变换器集成电路芯片。它采用先进的PWM（脉冲宽度调制）技术和电荷泵技术，能够提供三路独立的输出电压，满足TFT-LCD显示器的各种供电需求。

2. 主要性能

• 输入电压范围：2.7~5.8 V

• 固定工作频率：高达1.6 MHz

• 三路独立的输出电压：主输出电压可高达15 V，精度可高达1%以上；负输出电压为-12 V/20 mA；正输出电压为30 V/20 mA

• 内部集成VCOM缓冲器：为LCD背光板提供供电电源

• 3.3 V辅助输出的线性稳压器控制器：为数字电路提供稳定的3.3 V输出电压

• 具有软启动功能：避免启动时的电流冲击

• 具有上电顺序控制功能：确保各电压按正确顺序上电

• 具有所有输出故障检测功能：实时监测输出电压状态

• 具有过热保护功能：确保芯片在安全温度下工作

3. 芯片结构

TPS65105芯片内部结构复杂，主要包括以下几个部分：

• 辅助式线性稳压器：从5 V输入电源中为供电系统提供3.3 V的总线电源电压输出。

• 主输出Vol：一个工作频率高达1.6 MHz的固定频率PWM升压式DC/DC变压器，为LCD显示器的驱动源提供一个供电电压。

• DC/DC变换器控制器：具有不同功率开关电流极限值，典型值为2.3 A。

• 电荷泵：除输出电压可以调节以外，还可以为LCD正栅极驱动器提供2倍压/3倍压的输出电压。

• 负电荷泵控制器：为LCD负栅极驱动器提供一路负电压输出。

• VCOM缓冲器：为LCD背光板提供供电电源。

• 线性稳压器控制器：使用一个外部晶体功率管为数字电路提供3.3 V输出电压。

三、电源设计方案

1. 设计目标

设计一个稳定可靠的TFT-LCD电源，满足7寸TFT液晶屏的供电需求，并解决TPS65105的上电时序问题。

2. 电路设计

基于TPS65105的TFT-LCD电源设计电路主要包括以下几个部分：

• 输入电源电路：提供稳定的5 V输入电压。

• TPS65105芯片电路：实现三路输出电压的生成和调节。

• 上电时序控制电路：确保各电压按正确顺序上电，避免液晶工作不稳定。

• 保护电路：包括过流、过热和短路保护功能，确保电路安全可靠工作。

3. 输入电源电路

输入电源电路主要负责提供稳定的5 V输入电压。可以采用常见的DC/DC转换器或线性稳压器来实现。在实际设计中，需要根据系统的功耗和输入电压范围选择合适的电源器件。

4. TPS65105芯片电路

TPS65105芯片电路是设计的核心部分，负责生成和调节三路输出电压。具体电路设计如下：

• 辅助式线性稳压器电路：将5 V输入电压转换为3.3 V总线电源电压输出，为数字电路提供稳定的供电。

• 主输出Vol电路：通过PWM升压式DC/DC变压器，将输入电压升压至所需的驱动源电压，为LCD显示器的驱动源供电。

• 电荷泵电路：通过调节电荷泵的开关频率和电容值，为LCD正栅极驱动器提供2倍压/3倍压的输出电压。同时，负电荷泵控制器为LCD负栅极驱动器提供一路负电压输出。

5. 上电时序控制电路

TFT-LCD要求逻辑电压V3.3_LCD要先于各路驱动电压至少200 ms上电。为了确保这一点，需要设计上电时序控制电路。具体实现方法有两种：

• 方法一：将V3.3_LCD通过TPS65105输出，利用TPS65105的上电顺序控制功能，确保逻辑电压先于驱动电压上电。

• 方法二：利用程序控制TPS65105的2脚ENR和3脚EN，等系统上电成功后再利用CPU的I/O口使能TPS65105工作，从而避免逻辑电压滞后于驱动电压的情况。

6. 保护电路

为了保护电路的安全可靠工作，需要设计过流、过热和短路保护功能。TPS65105芯片内部已经集成了这些保护功能，但在实际设计中，还需要根据系统的具体情况进行外部电路的设计和优化。

• 过流保护：当任何一路输出电流超过设定值时，芯片会自动进入关闭模式，避免过流损坏。

• 过热保护：当芯片温度超过设定值时，芯片会自动进入关闭模式，避免过热损坏。

• 短路保护：当任何一路输出发生短路时，芯片会自动进入关闭模式，避免短路损坏。

四、主控芯片型号及其在设计中的作用

1. 主控芯片型号

本方案采用的主控芯片为TPS65105。

2. 作用

TPS65105在设计中的主要作用如下：

• 提供三路输出电压：满足TFT-LCD显示器的复杂供电需求。

• 上电顺序控制：确保各电压按正确顺序上电，避免液晶工作不稳定。

• 保护功能：提供过流、过热和短路保护功能，确保电路安全可靠工作。

• 高效率：采用先进的PWM技术和电荷泵技术，提高电源转换效率，降低功耗。

五、测试与验证

为了验证设计的可行性和稳定性，需要对电路进行详细的测试和验证。具体测试内容包括：

• 电压测试：测量各输出电压的值和精度，确保满足设计要求。

• 上电时序测试：测量各电压的上电顺序和时间间隔，确保满足TFT-LCD的供电要求。

• 保护功能测试：模拟过流、过热和短路等故障情况，验证保护功能的可靠性和有效性。

• 稳定性测试：在长时间连续工作的情况下，监测电路的稳定性和可靠性。

经过实际测试，基于TPS65105的TFT-LCD电源设计方案完全满足设计要求，具有稳定可靠的供电性能。

六、结论

本文详细介绍了基于TPS65105的TFT-LCD电源设计方案。通过合理的电路设计和优化，实现了对TFT-LCD显示器的稳定可靠供电。TPS65105作为一款专为TFT-LCD显示器供电设计的混合式DC/DC变换器集成电路芯片，具有高效、稳定、可靠等优点，在TFT-LCD电源设计中具有广泛的应用前景。