基于TPS65150和TPS61165的TFT-LCD供电系统设计

基于TPS65150和TPS61165的TFT-LCD供电系统设计

董立志

（中电科思仪科技股份有限公司，山东 青岛 266555）

Dong Li-zhi (CEYEAR TECHNOLOGIES CO.,LTD, Shandong Qingdao 266555)

摘要：本文结合TFT-LCD的供电需求，介绍基于高效率、低成本的升压型电源管理芯片TPS65150、TPS61165，产生TFT-LCD所需多路正负偏压、背光电压的供电系统设计方案，该方案电路结构简单、成本低廉、应用灵活方便，可广泛应用于各类手持式、台式仪器设备、汽车导航系统等。

关键词：TFT-LCD，升压型，偏压，背光

Hardware Design Of Timing Module Based On PXIe

Dong Lizhi

(China Electronics Technology Instruments Co., Ltd,Qingdao 266555)

Abstract: Combined with the power supply demand of TFT-LCD,this paper introduces the power supply system design scheme of generating multi-channnel positive and negative bias and backlight voltage required by TFT-LCD based on high-efficiency and low-cost step-up power management chips TPS65150 and TPS61165.This scheme has the advantages of simple circuit structure,low cost and flexible and convenient application.It can be widely used in all kinds of handheld,desktop instruments and equipment ,automobile navigation system,etc.

Keywords: TFT-LCD,step up,bias voltage,backlight

0 引 言

TFT-LCD因成本低廉、使用灵活方便，被广泛地应用于各类手持式、台式仪器设备中。随着TFT模组的不断发展，越来越多的TFT模组将电源管理部分外接，由此导致其供电变得相对复杂，一般而言，一个TFT模组需要以下几种驱动电压如表1所示[1][2]。

表1 TFT模组所需电压

图1为天马推出的TM070DHF04 TFT-LCD的功能框图，该TFT模组为7英寸，支持分辨率1024 RGB（H）* 600（V）。

图1 天马TM070DHF04 TFT-LCD功能框图

根据数据手册，该TFT模组的工作电压如下：

表2 TM070DHF04 TFT-LCD模组所需电压

根据TM070DHF04显示屏的供电需求，采用基于集成度高的TPS65150、TPS61165升压型电源管理芯片的TFT-LCD供电系统解决方案，该方案电路结构简单、稳定可靠、成本低廉。

1 TFT-LCD偏压电路设计

TPS65150是一款通用的紧凑型LCD偏置电源芯片，能为TFT-LCD提供小功率的电源解决方案，提供其所需的AVDD、VGH、VGL、VCOM等几种电压。该芯片输入电压范围为1.8V～6V，非常适合用于2.5V或3.3V电压驱动的笔记本电脑或输入为5V的手持式、台式仪器设备[3]。TPS65150功能框图如图2所示，其内部集成了2个可调稳压电荷泵、VCOM缓冲器，能提供TFT-LCD源驱动和门驱动芯片所需的正向偏压VGH、负向偏压VGL、驱动TFT背板公共电极的VCOM电压 [4]。TPS65150内部有2A的MOSFET开关，通过内部主升压转换器将输入直流电压进行升压，此电压为正电荷泵、负电荷泵和VCOM缓冲器供电，其中VGH、VGL通过TFT-LCD驱动芯片提供Gate电压，当Gate端为VGL时，液晶关闭；当Gate端为VGH时，液晶开启[5]。VGL电压范围为-5.5V～-6.5V，VGH电压范围为17V～19V，VCOM缓冲器用来驱动TFT-LCD背板，电压范围3.8V～4.0V。TPS65150能够调节AVDD、VGH、VGL、VCOM的供电顺序，还具有过压保护、过热关断等特性。

图2 TPS65150功能框图

（1）图3为TPS65150内部升压转换功能框图。

图3 升压转换功能框图

AVDD的输出电压由R1、R2决定，计算公式为：

其中VREF=1.146V，为减小静态电流损耗，R1应为100kΩ～1MΩ，输出电流450mA。

（2）图4为TPS65150内部正电荷泵功能框图。

图4 正电荷泵功能框图

VGH的输出电压由R1、R2决定，计算公式为：

其中VREF=1.214V，R2应小于1MΩ，输出电流20mA。

（3）图5为TPS65150内部负电荷泵功能框图。

图5 负电荷泵功能框图

VGL的输出电压由R1、R2决定，计算公式为：

其中VREF=1.213V，R2应为39kΩ～150kΩ，输出电流20mA。

（4）VCOM通过VCOM管脚输出后经电阻分压得到。

2 TFT-LCD背光电路设计

TPS61165为可驱动串联LED的白色LED升压转换芯片，内部集成40V额定值的集成开关FET，运行在1.2MHz的固定开关频率下，输出电流达1.2A。

TPS61165输入电压范围为3V～18V,输出电压范围为3V～38V。可通过外部敏感电阻器Rset设置白色LED的电流，反馈电压默认为200mV。可以采用PWM、单线数字接口（EasyScaleTM协议）两种方式作用于CTRL引脚来控制LED的电流，从而控制屏幕亮度，默认为PWM控制方式[6]。当采用PWM方式控制LED亮度时，存在以下两种情况：

（1）PWM频率小于5kHz时，CTRL脚用来控制LED亮灭， PWM作用FB脚，控制屏幕亮度，如图6所示。

（2）PWM频率为5kHz～100kHz时，PWM作用CTRL脚，控制屏幕亮度，如图7所示。

TM070DHF04内部包含6路并联，每路3个串联LED，共18个LED，背光电压VLED+、VLED-由TPS61165来产生。PWM信号可由CPLD、FPGA或工控机产生，本设计该信号由工控机提供。

图6 PWM作用于FB脚背光驱动电路框图

图7 PWM作用于CTRL脚背光驱动电路框图

流过LED的电流可通过以下公式计算：

其中VFB为反馈电压，默认值为200mV，RSET为电流敏感电阻。

其中Duty为PWM信号的占空比，200mV为内部参考电压。可以通过调节PWM信号的占空比Duty，从而改变反馈电压VFB，改变通过LED的电流ILED，从而控制屏幕亮度[7]。

TM070DHF04还可以通过控制SELB，置1时为6bit模式，置0时为8bit模式。通过控制UPDN、SHLR选择图像显示的方向，如表3所示[8]。

表3 TM070DHF04 TFT-LCD图像显示方向控制

结 语

基于高效率、低成本的升压型电源管理芯片TPS65150、TPS61165，产生TM070DHF04 TFT-LCD所需多路偏压、背光电压，为其提供完善、可靠的供电系统解决方案。图像显示清晰，整个电路结构简单、成本低廉、应用灵活方便，可广泛应用于各类手持式、台式仪器设备、汽车导航系统等。

参考文献

【1】李  丹, 魏廷存，等.TFT-LCD驱动芯片内置电源产生模块设计[J].微电子学，2006，36（3）:307-311.

【2】张树春.TFT-LCD供电芯片中正负电荷泵电路设计[D].西安：西安电子科技大学，2010.

【3】Texas Instruments.TPS65150 datasheet [R]. US：Texas Instruments，2016.

【4】王春锴.用于TFT-LCD驱动控制系统的电源管理单元的研究与设计[D].上海：复旦大学，2008.

【5】于春涛，冯奇，等.基于TPS65105的TFT-LCD电源设计[J].现代电子技术，2013，36（18）:155-163.

【6】Texas Instruments.TPS61165 datasheet [R]. US：Texas Instruments，2016.

【7】陈景忠， 唐 菲，基于EL7516芯片的TFT-LCD背光灯驱动电源设计[J].电源技术，2017（10）:1477-1478.

【8】天马微电子. TM070DHF04 datasheet [R].天马微电子，2018.

作者简介：董立志（1983-），男，硕士，工程师，主要研究方向为通信测试技术及应用

E-mail: lingfengzi24@126.com