攻城狮课堂丨分享一种LCD驱动电路方案


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TITPS65140,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TItps65140芯片手册,《Application Report SLVA918–December 2017》以及maximMAX202E芯片手册。


LCD驱动电路方案 

1. T PS65140工作原理简述

TPS6510xTPS6514x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 .1 负电荷泵


LCD驱动电路方案 


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:


LCD驱动电路方案 


• VO1 is the output voltage of the boost converter (shown as V(SUP) in Figure 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

 

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。


LCD驱动电路方案 


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-9.7 V(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。

1 .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-C1+两端连接电容器。使引脚C2+保持开路,如图3 所示。


LCD驱动电路方案 


双倍频器可以产生的最大输出电压由下式给出:


LCD驱动电路方案 


倍频器的最小输出电压由下式给出:


LCD驱动电路方案 


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20.6 V(跟随VO1 = 11 V网格线直到达到灰色区域的顶部边界)。


LCD驱动电路方案 

1 .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- / ModeC2 +之间连接一个额外的飞跨电容器。


LCD驱动电路方案 


三倍电路的最大输出电压由下式给出


LCD驱动电路方案


       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


LCD驱动电路方案 


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20 V的最小值(跟随VO1 = 11 V网线直至红线找到)。


LCD驱动电路方案 


1 .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,TTLRS232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:


LCD驱动电路方案 

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+5V电源。V+V-分别是输出的泵电压。



LCD驱动电路方案 


第一步:S1,S3闭合,S2,S4断开,电源+5VC1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+5VC1储存的电荷经S2,S4转移至C3C3两端电压差应该是5V,和电源VCC电压叠加起来提供10VV+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C4C4最高电压可至10V,如图中接法,构成反相电荷泵,提供了-10VV-