TPS65177/A：全 I2C 可編程 6 通道 LCD 偏置 IC 的詳細(xì)解析

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，LCD 面板的供電需求是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。TPS65177/A 作為一款全 I2C 可編程的 6 通道 LCD 偏置 IC，為 GIP（Gate-in-Panel）或非 GIP TFT - LCD 面板提供了全面的供電解決方案。本文將對(duì) TPS65177/A 的特性、功能、設(shè)計(jì)要點(diǎn)等方面進(jìn)行詳細(xì)解析。

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一、產(chǎn)品概述

TPS65177/A 能夠?yàn)?GIP 或非 GIP TFT - LCD 面板提供所需的所有電源軌，所有輸出電壓均可通過 I2C 進(jìn)行編程。它為 T - CON 提供 (V{(IO)}) 和 (V{(CORE)})，為源驅(qū)動(dòng)器和伽馬緩沖器提供 (V{(AVDD)}) 和 (V{(HAVDD)})，為柵極驅(qū)動(dòng)器或電平轉(zhuǎn)換器提供 (V{(GH)}) 和 (V{(GL)})。對(duì)于非 GIP 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了柵極脈沖調(diào)制（GPM）；對(duì)于 GIP 技術(shù)，(V{(GH)}) 軌可進(jìn)行溫度補(bǔ)償。此外，還實(shí)現(xiàn)了 (V{(AVDD)}) 和 (V{(HAVDD)}) 的高壓應(yīng)力模式（HVS）以及集成的 (V{(AVDD)}) 隔離開關(guān)。

二、產(chǎn)品特性

（一）使能/禁用功能

• TPS65177：通過 (V_{1}) 電源循環(huán)實(shí)現(xiàn)使能/禁用。
• TPS65177A：可通過 (V_{1}) 電源循環(huán)或 EN 引腳實(shí)現(xiàn)使能/禁用。

（二）輸入輸出電壓范圍

• 非同步升壓轉(zhuǎn)換器 ((V_{(AVDD)}))：輸入電壓范圍為 8.6 - 14.7V，輸出電壓范圍為 13.5 - 19.8V（通過 I2C 編程），默認(rèn)輸出電壓為 15V，開關(guān)電流限制為 4.25A（通過 I2C 編程），具備高壓應(yīng)力模式。
• 同步降壓轉(zhuǎn)換器 ((V_{(HAVDD)}))：輸出電壓范圍為 4.8 - 11.1V（通過 I2C 編程），默認(rèn)輸出電壓為 7.5V，開關(guān)電流限制為 1.7A，具備高壓應(yīng)力模式。
• 非同步降壓轉(zhuǎn)換器 ((V_{(IO)}))：輸出電壓范圍為 2.2 - 3.7V（通過 I2C 編程），默認(rèn)輸出電壓為 2.5V，開關(guān)電流限制為 3A。
• 同步降壓轉(zhuǎn)換器 ((V_{(CORE)}))：輸出電壓范圍為 0.8 - 3.3V（通過 I2C 編程），默認(rèn)輸出電壓為 1V，開關(guān)電流限制為 2.5A。
• 正電荷泵控制器 ((V_{(GH)}))：輸出電壓范圍為 20 - 40V（通過 I2C 編程），默認(rèn)輸出電壓為 28V，溫度補(bǔ)償偏移為 0 - 15V（通過 I2C 編程），默認(rèn)偏移為 4V（28V 到 32V）。
• 負(fù)電荷泵控制器 ((V_{(GL)}))：輸出電壓范圍為 - 14.5 - - 5.5V（通過 I2C 編程），默認(rèn)輸出電壓為 - 7.9V。

（三）其他特性

• 柵極脈沖調(diào)制（GPM）：可通過 I2C 編程將其降至 0V、5V、10V 或 15V，默認(rèn)放電電壓為 0V。
• 溫度補(bǔ)償：為 (V_{(GH)}) 提供溫度補(bǔ)償。
• 熱關(guān)斷：防止因過熱和功耗過大而損壞設(shè)備。
• I2C 兼容接口：方便與其他設(shè)備進(jìn)行通信。
• EEPROM 存儲(chǔ)器：可存儲(chǔ)所需的輸出電壓水平。
• 封裝：采用 6mm × 6mm × 1mm 的 40 引腳 VQFN 封裝。

三、引腳配置與功能

TPS65177/A 采用 40 引腳 VQFN 封裝，各引腳具有不同的功能。例如，INBK1 為 Buck 1 轉(zhuǎn)換器 ((V_{(IO)})) 的電源引腳，SDA 和 SCL 為 I2C 數(shù)據(jù)和時(shí)鐘引腳，HVS 為升壓和 Buck 3 轉(zhuǎn)換器的高壓應(yīng)力模式使能引腳等。在設(shè)計(jì) PCB 時(shí)，需要根據(jù)引腳功能合理布局，確保信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。

四、規(guī)格參數(shù)

（一）絕對(duì)最大額定值

包括引腳電壓、工作結(jié)溫范圍、存儲(chǔ)溫度范圍等參數(shù)。例如，引腳電壓在不同引腳有不同的最大和最小值限制，工作結(jié)溫范圍為 - 40 - 150°C，存儲(chǔ)溫度范圍為 - 65 - 150°C。

（二）ESD 額定值

人體模型（HBM）為 ±2000V，帶電設(shè)備模型（CDM）為 ±700V。

（三）推薦工作條件

涵蓋輸入電壓范圍、電容值、電感值等參數(shù)。例如，輸入電壓范圍為 8.6 - 14.7V，不同轉(zhuǎn)換器的輸出電壓范圍和電感值也有相應(yīng)的推薦值。

（四）熱信息

包括結(jié)到環(huán)境、結(jié)到外殼、結(jié)到電路板的熱阻等參數(shù)，這些參數(shù)對(duì)于散熱設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

（五）電氣特性

詳細(xì)列出了各轉(zhuǎn)換器和控制器的參數(shù)，如開關(guān)頻率、輸出電壓范圍、輸出電壓容差、反饋輸入偏置電流、MOSFET 導(dǎo)通電阻、MOSFET 電流限制等。

（六）I2C 接口時(shí)序特性

規(guī)定了 SCL 時(shí)鐘頻率、SCL 時(shí)鐘的高低電平時(shí)間、總線空閑時(shí)間等參數(shù)，確保 I2C 通信的正常進(jìn)行。

五、詳細(xì)描述

（一）功能概述

TPS65177/A 的所有輸出電壓均可通過 I2C 編程，一個(gè) BOM 可以覆蓋多種面板類型和尺寸，所需的輸出電壓水平可在生產(chǎn)過程中進(jìn)行編程并存儲(chǔ)在非易失性集成存儲(chǔ)器中。

（二）功能框圖

展示了各個(gè)模塊的連接和工作流程，包括欠壓鎖定、調(diào)節(jié)器、熱關(guān)斷、帶隙、啟動(dòng)電路等。

（三）特性描述

1. 上電

當(dāng) (V{1}) 高于欠壓鎖定（UVLO）閾值時(shí)，設(shè)備將非易失性初始值寄存器中的存儲(chǔ)值加載到易失性 DAC 寄存器中，然后按照一定的順序啟動(dòng)各個(gè)轉(zhuǎn)換器和控制器。不同型號(hào)（TPS65177 和 TPS65177A）在某些情況下的處理方式有所不同，例如當(dāng) EN 引腳未連接到 (V{1}) 時(shí)，TPS65177 檢測(cè)到 (V{(AVDD)}) 電壓崩潰后會(huì)進(jìn)入部分關(guān)閉狀態(tài)，只有電源循環(huán)才能重啟相關(guān)電源軌；而 TPS65177A 在某些情況下可以不通過電源循環(huán)重啟，但當(dāng) (V{(GL)}) 由升壓開關(guān)引腳驅(qū)動(dòng)時(shí)，EN 引腳應(yīng)連接到 (V_{1})。

2. 下電

當(dāng) (V{1}) 低于 UVLO 閾值時(shí)，所有模塊禁用，放電速率由輸出負(fù)載和輸出電容決定，柵極脈沖調(diào)制輸出 (V{(GHM)}) 跟隨 (V_{(GH)})。

3. 熱關(guān)斷

當(dāng)溫度超過 150°C 時(shí)，設(shè)備關(guān)閉，只有 (V_{1}) 低于 UVLO 閾值才能重置熱關(guān)斷。

4. 欠壓鎖定

當(dāng)輸入電壓低于 8.3V 時(shí)，設(shè)備關(guān)閉，避免誤操作。

5. 短路和過載保護(hù)

不同的轉(zhuǎn)換器和控制器在輸出電壓低于一定比例（40% 或 80% 標(biāo)稱值）或持續(xù)時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，會(huì)進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)，且只有觸發(fā) UVLO 才能再次啟用設(shè)備。

（四）設(shè)備功能模式

1. 升壓轉(zhuǎn)換器 ((V_{(AVDD)}))

采用準(zhǔn)同步電流模式，固定頻率為 750kHz，通過外部 RC 電路進(jìn)行補(bǔ)償。具有軟啟動(dòng)功能，包括輸入 - 輸出隔離開關(guān)軟啟動(dòng)和升壓轉(zhuǎn)換器軟啟動(dòng)。輸出電壓可通過 I2C 在 13.5 - 19.8V 之間以 100mV 步長(zhǎng)編程，還具備高壓應(yīng)力模式和可編程電流限制。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)應(yīng)用需求計(jì)算轉(zhuǎn)換器占空比、電感紋波電流、最大輸出電流和峰值開關(guān)電流等參數(shù)，并合理選擇電感、整流二極管和輸出電容。

2. Buck 1 轉(zhuǎn)換器 ((V_{(IO)}))

非同步電流模式，固定頻率為 750kHz，根據(jù)負(fù)載電流可工作在不連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）或連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）。具有軟啟動(dòng)功能，輸出電壓可通過 I2C 在 2.2 - 3.7V 之間以 100mV 步長(zhǎng)編程。設(shè)計(jì)時(shí)同樣需要計(jì)算相關(guān)參數(shù)，并選擇合適的電感、整流二極管和輸出電容。

3. Buck 2 轉(zhuǎn)換器 ((V_{(CORE)}))

同步電流模式，采用脈沖頻率調(diào)制（PFM），固定關(guān)斷時(shí)間，典型頻率為 1MHz?？赏ㄟ^ I2C 禁用，具有軟啟動(dòng)功能，輸出電壓可通過 I2C 在 0.8 - 3.3V 之間以 100mV 步長(zhǎng)編程。設(shè)計(jì)時(shí)需計(jì)算開關(guān)頻率、轉(zhuǎn)換器占空比、電感紋波電流、最大輸出電流和峰值開關(guān)電流等參數(shù)，并選擇合適的電感和輸出電容。

4. Buck 3 轉(zhuǎn)換器 ((V_{(HAVDD)}))

同步電流模式，采用脈沖頻率調(diào)制（PFM），固定關(guān)斷時(shí)間，典型頻率為 1MHz?？赏ㄟ^ I2C 禁用，與升壓轉(zhuǎn)換器一起啟用，輸出電壓可通過 I2C 在 4.8 - 11.1V 之間以 100mV 步長(zhǎng)編程，具備高壓應(yīng)力模式。設(shè)計(jì)時(shí)需計(jì)算相關(guān)參數(shù)，并選擇合適的電感和輸出電容。

5. 正電荷泵控制器 ((V_{(GH)}))

由升壓轉(zhuǎn)換器的開關(guān)節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)，通過控制外部 PNP 晶體管的電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，具備溫度補(bǔ)償功能，輸出電壓和溫度補(bǔ)償水平可通過 I2C 編程。設(shè)計(jì)時(shí)需要計(jì)算支持的最大輸出電壓，選擇合適的二極管、晶體管、基極 - 發(fā)射極電阻、飛跨電容、開關(guān)節(jié)點(diǎn)電阻和輸出電容。

6. 負(fù)電荷泵控制器 ((V_{(GL)}))

通常由 Buck 1 轉(zhuǎn)換器的開關(guān)節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)，也可連接到升壓轉(zhuǎn)換器的開關(guān)節(jié)點(diǎn)，通過控制外部 NPN 晶體管的電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，可通過 I2C 禁用。設(shè)計(jì)時(shí)需要計(jì)算支持的最大輸出電壓，選擇合適的二極管、晶體管、基極 - 發(fā)射極電阻、飛跨電容、開關(guān)節(jié)點(diǎn)電阻和輸出電容。

7. 柵極脈沖調(diào)制 ((V_{(GHM)}))

由 CTRL 引腳控制，在啟動(dòng)和關(guān)閉期間有特定的狀態(tài)?？赏ㄟ^ I2C 禁用，放電斜率由外部電阻、內(nèi)部 MOSFET (R_{DS(ON)}) 和柵極線電容決定，還可通過 I2C 編程設(shè)置限制電壓。

（五）編程

1. I2C 串行接口描述

TPS65177/A 通過行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 2 線 I2C 接口進(jìn)行通信，支持標(biāo)準(zhǔn)模式（100kbps）和快速模式（400kbps），采用 7 位尋址。通信過程包括起始條件、地址傳輸、數(shù)據(jù)傳輸和停止條件，設(shè)備通過應(yīng)答信號(hào)確認(rèn)通信。

2. 存儲(chǔ)器描述

包含非易失性 EEPROM（初始值寄存器 IVR）和易失性存儲(chǔ)器（DAC 寄存器 DR），通過控制寄存器（CR）選擇訪問 IVR 或 DR。

3. 讀寫描述

讀取易失性存儲(chǔ)器（DR）數(shù)據(jù)時(shí)，CR 的 LSB（EE/DR）需設(shè)置為 0；讀取非易失性 EEPROM（IVR）數(shù)據(jù)時(shí)，CR 的 LSB 需設(shè)置為 1。寫入非易失性 EEPROM 時(shí)，需先編程所有數(shù)據(jù)寄存器，然后將 CR 的 MSB（WED）設(shè)置為 1，寫入過程有 50ms 的死區(qū)時(shí)間。

4. 讀寫操作

詳細(xì)介紹了寫入單個(gè)字節(jié)到 DAC 寄存器、寫入多個(gè)字節(jié)到 DAC 寄存器、將所有 DAC 寄存器數(shù)據(jù)寫入 EEPROM、讀取單個(gè)數(shù)據(jù)從 DAC 寄存器、讀取多個(gè)數(shù)據(jù)從 DAC 寄存器、讀取單個(gè)數(shù)據(jù)到 EEPROM 和讀取多個(gè)數(shù)據(jù)到 EEPROM 的操作步驟和示例。

（六）寄存器映射

列出了各個(gè)寄存器的名稱、地址、工廠值、位計(jì)數(shù)和步數(shù)計(jì)數(shù)，以及不同 DAC 值對(duì)應(yīng)的輸出電壓等信息，方便工程師進(jìn)行編程和配置。

六、應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

（一）應(yīng)用信息

提供了一個(gè)典型的應(yīng)用電路，適用于為 GIP 或非 GIP 技術(shù)的 LCD 面板供電。

（二）典型應(yīng)用

1. 設(shè)計(jì)要求

給出了設(shè)計(jì)示例的參數(shù)，如電壓、開關(guān)頻率等。

2. 詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟

可參考設(shè)備功能模式部分的詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟。

3. 應(yīng)用曲線

展示了各個(gè)轉(zhuǎn)換器和控制器在不同條件下的效率、PWM 開關(guān)波形和負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)等曲線，幫助工程師了解設(shè)備的性能。

（三）系統(tǒng)示例

給出了 (V_{(GH)}) 溫度補(bǔ)償禁用和柵極脈沖調(diào)制禁用的系統(tǒng)示例電路，以及輸入電容的選擇建議。

七、電源供應(yīng)建議

設(shè)備設(shè)計(jì)用于 8.6 - 14.7V 的輸入電源，為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備的最佳性能，輸入電源應(yīng)穩(wěn)定且無(wú)噪聲。

八、布局設(shè)計(jì)

（一）布局指南

在 PCB 布局時(shí)，需要考慮將紅色標(biāo)記的組件盡可能靠近設(shè)備放置，保持紅色線路短；加粗的線路表示高電流，應(yīng)在 PCB 上使用較寬的走線；輸入電容應(yīng)盡可能靠近 IC；對(duì)于 (V{(AVDD)}) 和 (V{(IO)}) 等線路，應(yīng)保持短且低電阻；補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)應(yīng)靠近 IC 并通過短線路連接到 COMP 和 AGND；反饋線路應(yīng)遠(yuǎn)離開關(guān)走線，避免噪聲耦合；電感可放置在離 IC 較遠(yuǎn)的位置以減少發(fā)熱；所有 IC 接地（AGND、PGNDx）應(yīng)連接到外露熱焊盤；盡量避免在電源線中使用過孔；外露熱焊盤應(yīng)焊接到大面積的接地冷卻區(qū)域，并使用盡可能多的過孔以保持設(shè)備涼爽；熱敏電阻 NTC 應(yīng)遠(yuǎn)離熱源，放置在 PCB 的最冷點(diǎn)以準(zhǔn)確測(cè)量環(huán)境溫度。

（二）布局示例

提供了一個(gè)布局示例圖，展示了各個(gè)組件的布局方式。

九、設(shè)備與文檔支持

（一）相關(guān)鏈接

提供了技術(shù)文檔、支持和社區(qū)資源、工具和軟件以及樣品購(gòu)買等方面的快速訪問鏈接。

（二）第三方產(chǎn)品免責(zé)聲明

TI 對(duì)第三方產(chǎn)品或服務(wù)的信息發(fā)布不構(gòu)成對(duì)其適用性的認(rèn)可或擔(dān)保。

（三）社區(qū)資源

包括 TI E2E? 在線社區(qū)和設(shè)計(jì)支持，方便工程師交流和獲取幫助。

（四）商標(biāo)

E2E 是德州儀器的商標(biāo)，其他商標(biāo)歸各自所有者所有。

（五）靜電放電注意事項(xiàng)

這些設(shè)備的內(nèi)置 ESD 保護(hù)有限，在存儲(chǔ)或處理時(shí)應(yīng)將引腳短路或放置在導(dǎo)電泡沫中，以防止 MOS 柵極受到靜電損壞。

（六）術(shù)語(yǔ)表

提供了相關(guān)術(shù)語(yǔ)、首字母縮寫詞和定義的解釋。

十、機(jī)械、封裝和可訂購(gòu)信息

詳細(xì)列出了不同型號(hào)的可訂購(gòu)部件編號(hào)、狀態(tài)、材料類型、封裝、引腳數(shù)、封裝數(shù)量、載體、RoHS 合規(guī)性、引腳鍍層/球材料、MSL 評(píng)級(jí)/峰值回流溫度、工作溫度和部件標(biāo)記等信息，以及包裝材料的尺寸和相關(guān)說(shuō)明。

綜上所述，TPS65177/A 是一款功能強(qiáng)大的 LCD 偏置 IC，為 LCD 面板的供電提供了全面的解決方案。在設(shè)計(jì)過程中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇參數(shù)、進(jìn)行布局設(shè)計(jì)，并注意編程和操作的細(xì)節(jié)，以確保設(shè)備的正常運(yùn)行和性能優(yōu)化。你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似芯片的使用問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。