攻城獅課堂丨分享一種LCD驅動電路方案
在一次項目定制中，客戶要求我們將CPU主控和LCD顯示屏電壓驅動電路做成一體板，LCD顯示屏所需要的AVDD,VGH,VGL等電壓需要主控板提供，因為這幾路電壓所輸出的電流都很小（一般都不會超過10mA，具體可以查閱屏體手冊），可以采用電荷泵電路。在這里我分享一種集成電荷泵的芯片方案，采用TI的TPS65140，以下是電路圖，此電路有一定的應用范圍限制，下面我會講到。
本文資料參考來源TI的tps65140芯片手冊，《Application Report SLVA918–December 2017》以及maxim的MAX202E芯片手冊。
1. T PS65140工作原理簡述
TPS6510x和TPS6514x器件包含用于正電荷泵和負電荷泵的驅動器電路。對于正電荷泵，這些設備集成了需要從外部連接的二極管。在輸出電壓的可用范圍內，則該設備可以調節(jié)電荷泵的輸出電壓。
1 .1 負電荷泵
大多數(shù)應用電路使用圖1 所示的一級負電荷泵電路。可以使用一個以上的級來生成更多的負電壓，但是很少有LCD需要這樣的負電壓，因此這里不再討論。
該電路可產(chǎn)生的最小（即最負數(shù)）輸出電壓由下式給出：
? 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
圖2是器件中的負電荷泵可以產(chǎn)生的輸出電壓范圍，該范圍是電源電壓VO1的函數(shù)。
如果嘗試生成低于可用范圍的輸出電壓，則灰色區(qū)域的底部邊界為輸出電壓。例如，如果VO1 = 11 V，而您嘗試生成VO2 = -12 V，則將獲得大約-9.7 V（通過跟隨VO1 = 11 V網(wǎng)格線直到達到灰色區(qū)域的底部邊界而找到）。也就是說負電壓最小值是受VO1限制的。
1 .2 正電荷泵雙倍增器
為了正確使用正電荷泵的雙倍配置，在引腳C1-和C1+兩端連接電容器。使引腳C2+保持開路，如圖3 所示。
雙倍頻器可以產(chǎn)生的最大輸出電壓由下式給出：
倍頻器的最小輸出電壓由下式給出：
正電荷泵的輸出電壓也是受限于VO1的，其范圍如下圖。如果VO1 = 11 V，并且您嘗試使用雙倍電荷泵生成VO3 = 24 V，則只能大約得到20.6 V（跟隨VO1 = 11 V網(wǎng)格線直到達到灰色區(qū)域的頂部邊界）。
1 .3 正電荷泵三倍增器
如果應用需要的VO3電壓比雙倍電荷泵產(chǎn)生的電壓高，請使用圖4 所示的三倍配置。在引腳C2- / Mode和C2 +之間連接一個額外的飛跨電容器。
三倍電路的最大輸出電壓由下式給出
器件的數(shù)據(jù)手冊規(guī)定了VO3的最大值為30V。
最小輸出電壓由下式給出
正電荷泵的輸出電壓也是受限于VO1的，其范圍如下圖。如果VO1 = 11 V，而您嘗試用三倍電荷泵產(chǎn)生VO3 = 16 V，您會發(fā)現(xiàn)它位于紅色填充區(qū)域。結果，該設備將調節(jié)至約20 V的最小值（跟隨VO1 = 11 V網(wǎng)線直至紅線找到）。
1 .4小結
TPS65140器件中的電荷泵可以調節(jié)輸出電壓，且可調節(jié)的電壓是有一定范圍的，可以使用本文檔查看該器件的可用輸出電壓范圍。如果應用在允許范圍的邊緣附近，請確保設計具有足夠的余量以在所有條件下正確運行。
2 .簡述電荷泵原理
為了更好的幫助大家更好地理解電泵原理，TTL轉RS232芯片內部結構可以更直觀的展示出來。典型的電平轉接電路MAXx2xx系列因單電源+5V供電，均有電荷泵來產(chǎn)生±10V電壓，以供RS232電平所需。
一般是接4個電容，采用雙電荷泵，標準接法如下：
芯片內自帶振蕩器驅動雙電荷泵，分雙相四步工作，如下圖：
VCC接+5V電源。V+和V-分別是輸出的泵電壓。
第一步：S1,S3閉合，S2,S4斷開，電源+5V向C1充電，C1電壓最高可至5V。
第二步：S2,S4閉合，S1,S3斷開，這時C1負端電位應該等于電源+5V，C1儲存的電荷經(jīng)S2,S4轉移至C3，C3兩端電壓差應該是5V，和電源VCC電壓疊加起來提供10V的V+電源。
第三步：S5,S7閉合，C3所儲存電荷向C2充電，C2電壓最高可至10V。
第二、三步實際是同時進行的。
第四步，S6,S8閉合，C2所儲存電壓經(jīng)S6,S8轉移至C4，C4最高電壓可至10V，如圖中接法，構成反相電荷泵，提供了-10V的V-
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