【分享】基于TPS65140的LCD驱动电路方案——飞凌嵌入式

在一次项目定制中，客户要求我们将CPU主控和LCD显示屏电压驱动电路做成一体板，LCD显示屏所需要的AVDD、VGH、VGL等电压需要主控板提供，因为这几路电压所输出的电流都很小（一般都不会超过10mA，具体可以查阅屏体手册），可以采用电荷泵电路。在这里我分享一种集成电荷泵的芯片方案，采用TI的TPS65140，以下是电路图，此电路有一定的应用范围限制，下面我会讲到。

本文资料参考来源TI的tps65140芯片手册，《ApplicationReport SLVA918–December 2017》以及maxim的MAX202E芯片手册。

1、TPS65140工作原理简述

TPS6510x和TPS6514x器件包含用于正电荷泵和负电荷泵的驱动器电路。对于正电荷泵，这些设备集成了需要从外部连接的二极管。在输出电压的可用范围内，则该设备可以调节电荷泵的输出电压。

（1）负电荷泵

大多数应用电路使用图1所示的一级负电荷泵电路。可以使用一个以上的级来生成更多的负电压，但是很少有LCD需要这样的负电压，因此这里不再讨论。

该电路可产生的最小（即最负数）输出电压由下式给出：

•VO1 is the output voltage of the boost converter (shown as V(SUP) inFigure 1)

•VF is the forward voltage of the diodes

•IO2 is the output current of the negative charge-pump

•rDS(ON)Q8 and rDS(ON)Q9 are the on-resistances of the supply circuit

•VF = 0.5 V (taken from the data sheet of the BAT54 diode) (1) diode)

•rDS(ON)Q8 = 4.3 Ω at IDS = 20 mA

•rDS(ON)Q9= 2.9 Ω at IDS = 20 mA

图2是器件中的负电荷泵可以产生的输出电压范围，该范围是电源电压VO1的函数。

如果尝试生成低于可用范围的输出电压，则灰色区域的底部边界为输出电压。例如，如果VO1= 11 V，而您尝试生成VO2= -12 V，则将获得大约-9.7V（通过跟随VO1= 11 V网格线直到达到灰色区域的底部边界而找到）。也就是说负电压最小值是受VO1限制的。

（2）正电荷泵双倍增器

为了正确使用正电荷泵的双倍配置，在引脚C1-和C1+两端连接电容器。使引脚C2+保持开路，如图3所示。

双倍频器可以产生的最大输出电压由下式给出：

倍频器的最小输出电压由下式给出：

正电荷泵的输出电压也是受限于VO1的，其范围如下图。如果VO1= 11 V，并且您尝试使用双倍电荷泵生成VO3= 24 V，则只能大约得到20.6V（跟随VO1 =11 V网格线直到达到灰色区域的顶部边界）。

（3）正电荷泵三倍增器

如果应用需要的VO3电压比双倍电荷泵产生的电压高，请使用图4所示的三倍配置。在引脚C2-/ Mode和C2+之间连接一个额外的飞跨电容器。

三倍电路的最大输出电压由下式给出

器件的数据手册规定了VO3的最大值为30V。

最小输出电压由下式给出

正电荷泵的输出电压也是受限于VO1的，其范围如下图。如果VO1= 11 V，而您尝试用三倍电荷泵产生VO3= 16 V，您会发现它位于红色填充区域。结果，该设备将调节至约20V的最小值（跟随VO1= 11 V网线直至红线找到）。

（4）小结

TPS65140器件中的电荷泵可以调节输出电压，且可调节的电压是有一定范围的，可以使用本文档查看该器件的可用输出电压范围。如果应用在允许范围的边缘附近，请确保设计具有足够的余量以在所有条件下正确运行。

2、简述电荷泵原理

为了更好的帮助大家更好地理解电泵原理，TTL转RS232芯片内部结构可以更直观的展示出来。典型的电平转接电路MAXx2xx系列因单电源+5V供电，均有电荷泵来产生±10V电压，以供RS232电平所需。

一般是接4个电容，采用双电荷泵，标准接法如下：

芯片内自带振荡器驱动双电荷泵，分双相四步工作，如下图：

VCC接+5V电源。V+和V-分别是输出的泵电压。

第一步：S1,S3闭合，S2,S4断开，电源+5V向C1充电，C1电压最高可至5V。

第二步：S2,S4闭合，S1,S3断开，这时C1负端电位应该等于电源+5V，C1储存的电荷经S2,S4转移至C3，C3两端电压差应该是5V，和电源VCC电压叠加起来提供10V的V+电源。

第三步：S5,S7闭合，C3所储存电荷向C2充电，C2电压最高可至10V。

第二、三步实际是同时进行的。

第四步，S6,S8闭合，C2所储存电压经S6,S8转移至C4，C4最高电压可至10V，如图中接法，构成反相电荷泵，提供了-10V的V-。