ROHM BD8153EFV：TFT面板電源管理的理想之選

在TFT面板的設(shè)計中，電源管理是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。ROHM的BD8153EFV作為一款專門為TFT面板設(shè)計的系統(tǒng)電源IC，以其集成度高、性能穩(wěn)定等特點，成為了眾多工程師的首選。本文將詳細介紹BD8153EFV的特點、參數(shù)、應(yīng)用以及設(shè)計要點，希望能為電子工程師們在實際設(shè)計中提供一些參考。

文件下載：BD8153EFV-E2.pdf

一、BD8153EFV概述

BD8153EFV是一款單芯片IC，能夠為TFT面板提供邏輯電壓、源極電壓、柵極高電平電壓和柵極低電平電壓這四種所需的電壓，從而以最少的組件構(gòu)建TFT面板電源。其工作電壓范圍低至2.1V至6.0V，具有廣泛的適用性。

二、主要特點

（一）豐富的電路集成

• 升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器：實現(xiàn)電壓的提升，滿足TFT面板對不同電壓的需求。
• 3.3 - V穩(wěn)壓器：提供穩(wěn)定的3.3V電壓，為電路中的其他組件供電。
• 正負電荷泵：分別用于產(chǎn)生正電壓和負電壓，確保柵極的高電平和低電平電壓穩(wěn)定。

（二）高性能參數(shù)

• 開關(guān)頻率：高達1100kHz，能夠快速響應(yīng)電路的變化，提高電源的效率。
• DC/DC轉(zhuǎn)換器反饋電壓：為1.24V ± 1%，保證了電壓的精確控制。

（三）完善的保護功能

• 欠壓鎖定保護電路：當電源電壓低于設(shè)定值時，自動鎖定電路，防止IC因電壓不足而損壞。
• 熱關(guān)斷電路：在IC溫度過高時，自動關(guān)閉電路，保護IC不受過熱損壞。
• 過流保護電路：當電流超過設(shè)定值時，及時切斷電路，避免IC因過流而燒毀。

（四）封裝形式

采用HTSSOP - B24封裝，便于在電路板上進行安裝和布局。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

BD8153EFV適用于液晶電視、PC顯示器和TFT - LCD面板等設(shè)備，為這些設(shè)備的穩(wěn)定運行提供了可靠的電源支持。

四、絕對最大額定值和推薦工作范圍

（一）絕對最大額定值

需要注意的是，功耗在超過25°C時，會以4.7mW/°C的速率降低，具體取決于安裝的玻璃環(huán)氧樹脂板的尺寸。

（二）推薦工作范圍

在實際設(shè)計中，應(yīng)確保IC在推薦工作范圍內(nèi)運行，以保證其性能和可靠性。

五、電氣特性

文檔中詳細列出了DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊、穩(wěn)壓器控制器、電荷泵和整體的各項電氣特性參數(shù)，包括源電流、灌電流、輸入偏置電流、反饋電壓、電壓增益等。這些參數(shù)是工程師在設(shè)計電路時進行精確計算和選型的重要依據(jù)。例如，在設(shè)計DC/DC轉(zhuǎn)換器時，需要根據(jù)反饋電壓和電壓增益等參數(shù)來調(diào)整電路的穩(wěn)定性和效率。

六、參考數(shù)據(jù)

文檔中提供了一系列的參考數(shù)據(jù)圖表，如總電源電流、內(nèi)部參考溫度、內(nèi)部參考線路調(diào)整率、內(nèi)部參考負載調(diào)整率等。這些圖表直觀地展示了IC在不同條件下的性能變化，幫助工程師更好地了解IC的特性，從而優(yōu)化電路設(shè)計。例如，通過查看總電源電流與溫度的關(guān)系圖表，可以合理安排散熱措施，確保IC在不同溫度環(huán)境下都能穩(wěn)定工作。

七、引腳分配和功能

（一）引腳分配

（二）引腳功能

每個引腳都有其特定的功能，在電路設(shè)計中需要正確連接和使用。例如，SS引腳用于連接軟啟動電容，通過調(diào)整電容的大小可以控制軟啟動時間，防止啟動時電流過大對IC造成損壞。

八、塊功能

（一）升壓控制器

控制DC/DC升壓，通過控制開關(guān)占空比，使反饋電壓FB1設(shè)定為1.24V（典型值）。啟動時，軟啟動功能會根據(jù)SS引腳電壓控制開關(guān)占空比，避免電流沖擊。

（二）電荷泵控制

• 正電荷泵控制：控制正電荷泵的開關(guān)幅度，使反饋電壓FB2設(shè)定為1.24V（典型值）?？梢酝ㄟ^DLS端子設(shè)置啟動延遲時間，當DLS電壓達到0.6V（典型值）時，C1L和C2L引腳輸出開關(guān)波。
• 負電荷泵控制：控制負電荷泵的開關(guān)幅度，使反饋電壓FB2設(shè)定為0.6V（典型值）。

（三）柵極遮光控制器

根據(jù)IG引腳輸入對Vo2GS和GSOUT進行開關(guān)控制，實現(xiàn)柵極的遮光功能。

（四）穩(wěn)壓器控制

控制VDD電壓的生成，通過控制基極引腳電流，使VDD電壓設(shè)定為3.3V（典型值）。

（五）檢測電路和啟動控制器

• DET 1至DET 4：檢測各輸出電壓，檢測信號用于啟動順序電路。
• 啟動控制器：控制啟動順序為VCC → VDD → Vo1 → Vo3 → Vo2，確保各電壓按順序穩(wěn)定輸出。

（六）內(nèi)部參考電壓和保護電路

• VREF：生成1.24V（典型值）的內(nèi)部參考電壓。
• TSD/UVLO：熱關(guān)斷/欠壓鎖定保護電路，在IC內(nèi)部溫度達到175°C時關(guān)閉熱關(guān)斷電路，160°C時復位；當VCC低于1.8V（典型值）時，欠壓鎖定保護電路關(guān)閉IC。

九、應(yīng)用組件選擇

（一）輸出電感設(shè)置

• 電感選擇：根據(jù)電感的額定電流ILR和輸入電流最大值IINMAX選擇合適的電感。BD8153EFV采用電流模式DC/DC轉(zhuǎn)換器控制，推薦電感值為4.7μH至15μH，以保證電力效率、響應(yīng)和穩(wěn)定性。
• 電流計算：通過公式$Delta IL=frac{1}{L} VCC × frac{Vo - VCC}{VCC} × frac{1}{f}$計算電感電流的變化量$Delta IL$，確保IINMAX + $Delta IL$不超過電感的額定電流值ILR。由于電感值可能有±30%的分散，應(yīng)留有足夠的余量。

（二）輸出電容設(shè)置

• 紋波電壓計算：輸出紋波電壓$Delta VPP$由公式$Delta VPP = LMAX × RESR +frac{1}{1 Co} × frac{VOC}{V_{0}} timesleft(I max -frac{Delta L}{2}right)$計算，應(yīng)使電壓在允許的紋波電壓范圍內(nèi)。
• 負載突變時的壓降計算：負載突變時的壓降VDR可通過公式$VDR=frac{Delta I}{Co} × 10 us$進行粗略計算。選擇電容時，應(yīng)考慮紋波電壓和負載突變時壓降的允許值，確保這兩個值在標準范圍內(nèi)。

（三）輸入電容選擇

由于DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸入和輸出之間會有峰值電流流動，因此需要在輸入側(cè)安裝電容。推薦使用低ESR電容，電容值大于10μF且ESR小于100mΩ。不同的負載電流、輸入電壓、輸出電壓、電感和開關(guān)頻率可能會影響電容的選擇，因此在實際應(yīng)用中需要進行余量檢查。

（四）相位補償電路設(shè)置

在電流模式控制中，輸出電容和負載電阻會產(chǎn)生極點，輸出電容和電容ESR會產(chǎn)生零點。通過調(diào)整相位補償電路的Rc和Cc值，可以抵消極點，實現(xiàn)穩(wěn)定的反饋回路。具體公式為$frac{1}{2 pi × R c × C c}=frac{1}{2 pi × R o m a x × C o}$。

（五）穩(wěn)壓器控制器設(shè)置

IC內(nèi)部集成了3.3 - V穩(wěn)壓器控制器，可通過外部PNP晶體管形成穩(wěn)壓器。穩(wěn)壓器的電流能力可根據(jù)公式$IOMAX = 7 mA × hfe$進行設(shè)計，其中hfe為外部PNP晶體管的電流增益。如果輸入電壓為3.3V，則無需使用穩(wěn)壓器，可直接將3.3V輸入到VCC和VDD。

（六）軟啟動時間設(shè)置

軟啟動功能可防止啟動時電感電流過大和輸出電壓過沖。軟啟動時間與電容值有關(guān)，推薦電容值為0.001μF至0.1μF。如果電容值小于0.001μF，輸出電壓可能會出現(xiàn)過沖；如果電容值大于0.1μF，在電源關(guān)閉時內(nèi)部寄生元件可能會出現(xiàn)過大的反向電流，損壞IC。在與其他電源有激活關(guān)系（順序）時，應(yīng)使用高精度產(chǎn)品（如X5R）。

（七）反饋電阻常數(shù)設(shè)計

反饋電阻的設(shè)置范圍推薦為10kΩ至330kΩ。如果電阻值小于10kΩ，會導致電源效率降低；如果電阻值大于330kΩ，內(nèi)部誤差放大器的輸入偏置電流會使偏移電壓增大。可根據(jù)公式$Vo=frac{R 8 + R 9}{R 9} × 1.24$設(shè)置反饋電阻。

（八）正電荷泵設(shè)置

正電荷泵的輸出電壓由公式$V_{0}=frac{R 8 + R 9}{R 9} × 1.24$確定，反饋電阻的設(shè)置范圍同樣推薦為10kΩ至330kΩ。為防止輸出電壓過沖，可在R8上并聯(lián)電容C8，推薦電容值為1000pF至4700pF。通過連接電容到DLS，可以設(shè)置正電荷泵的上升延遲時間，延遲時間由公式$t DELAY =(CDLS × 0.6) / 5 mu A$確定。

（九）負電荷泵設(shè)置

負電荷泵的輸出電壓由公式$V 03=-frac{R 6}{R 7} × 1.04 + 0.2 V$確定，反饋電阻的設(shè)置范圍為10kΩ至330kΩ。延遲時間內(nèi)部固定為200μs。為防止輸出電壓過沖，可在R6上并聯(lián)電容C6，推薦電容值為1000pF至4700pF。

十、柵極遮光設(shè)置方法

IG輸入信號可控制正柵極電壓的高低電平。輸出斜率可通過外部RC設(shè)置，推薦電阻值為200Ω至5.1kΩ，電容值為0.001μF至0.1μF。超出此范圍的設(shè)置可能會導致效率下降。通過公式$Delta V=Vo2GS quadleft(1 - exp left(-frac{tWL}{CR}right)right)$可計算$Delta V$。

十一、操作注意事項

（一）絕對最大額定值

使用IC時，應(yīng)避免超過其絕對最大額定值，如施加電壓或工作溫度范圍。在可能超過絕對最大額定值的特殊模式下使用IC時，應(yīng)采取物理安全措施，如安裝保險絲。

（二）GND電位

確保在所有工作條件下GND引腳電位最低，以保證電路的穩(wěn)定性。

（三）散熱設(shè)計

根據(jù)實際工作條件下的功耗（Pd）進行熱設(shè)計，留出足夠的余量，防止IC因過熱而損壞。

（四）引腳短路和錯誤安裝

在將IC安裝到印刷電路板上時，要注意引腳的方向和位置，避免引腳短路或錯誤安裝導致IC損壞。

（五）強磁場環(huán)境

在強磁場環(huán)境中使用IC時要謹慎，強磁場可能會導致IC malfunction。

（六）應(yīng)用板測試

在應(yīng)用板上測試IC時，連接低阻抗引腳的電容會對IC造成壓力。每次測試后應(yīng)及時放電，在組裝過程中要對IC進行接地處理，運輸和存儲IC時也要采取防靜電措施。在檢查過程中，連接或拆卸夾具前要先關(guān)閉IC的電源。

（七）接地布線模式

當同時使用小信號和大電流GND模式時，建議將兩種接地模式隔離，在應(yīng)用的參考點設(shè)置一個單點接地，以避免大電流引起的布線電阻和電壓變化影響小信號接地電壓。

（八）寄生元件

IC內(nèi)部存在寄生元件，如寄生二極管或晶體管。在使用IC時，要避免施加低于GND電壓的電壓到輸入和輸出引腳，以免觸發(fā)寄生元件的工作，影響電路的正常運行。

（九）過流保護電路

IC內(nèi)部集成了過流保護電路，可防止負載短路時IC損壞。但不應(yīng)在保護電路持續(xù)工作或轉(zhuǎn)換的應(yīng)用中使用IC，同時要考慮電流能力與溫度的負特性。

（十）熱關(guān)斷電路

IC內(nèi)置熱關(guān)斷電路，用于防止熱損壞。應(yīng)在規(guī)定的功耗范圍內(nèi)使用IC，避免觸發(fā)熱關(guān)斷電路。應(yīng)用設(shè)計中不應(yīng)依賴熱關(guān)斷電路。

（十一）應(yīng)用板測試注意事項

在檢查安裝板時，連接低阻抗引腳的電容會對IC造成壓力，每次測試后應(yīng)及時放電。連接或拆卸夾具前要先關(guān)閉IC的電源，組裝、運輸和存儲IC時要采取防靜電措施。

十二、功耗降低

文檔中提供了降低功耗的相關(guān)圖表，工程師可以通過參考這些圖表，優(yōu)化電路設(shè)計，降低IC的功耗，提高系統(tǒng)的效率。

十三、訂購信息

BD8153EFV采用HTSSOP - B24封裝，以載帶和卷盤形式提供，每卷數(shù)量為2000pcs，進料方向有明確規(guī)定。

十四、使用注意事項

文檔中詳細列出了使用ROHM產(chǎn)品的各種注意事項，包括產(chǎn)品的適用范圍、安全措施、特殊環(huán)境使用、靜電防護、存儲運輸?shù)确矫?。工程師在使用BD8153EFV時，必須嚴格遵守這些注意事項，以確保產(chǎn)品的性能和可靠性。

總之，ROHM的BD8153EFV為TFT面板的電源管理提供了一個全面而可靠的解決方案。電子工程師在設(shè)計TFT面板電源電路時，可以根據(jù)上述介紹的特點、參數(shù)和設(shè)計要點，合理選擇組件，優(yōu)化電路設(shè)計，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。同時，要嚴格遵守使用注意事項，避免因不當使用而導致的問題。希望本文能對電子工程師們有所幫助，大家在實際應(yīng)用中如果遇到問題，歡迎一起交流探討。