基于单颗CP212X实现TFT液晶屏模组供电系统
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本文介绍了采用低成本、高效率的升压型电源管理芯片CP212X系列产品实现多路正负电源输出,结合TFT模组供电的需求,给出了基于CP212X实现的TFT模组供电系统方案,文中详细讨论了CP212X系列产品实现多路正负电压输出的解决方案,并以TFT模块的供电系统为典型案例,给出了基于CP212X的TFT模组供电系统的典型应用方案。该方案可满足TFT模组供电系统的各路电压需求,电路清晰简单,应用灵活,可广泛应用于各类手持设备,为TFT模组提供全套电源解决方案。
TFT显示屏模组的电源需求
TFT(ThinFilmTransistor)液晶屏(LCD,LiquidCrystalDisplay)越来越广泛的应用于各类手持设备中。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。这样一来,一个TFT模组的供电就变得相对复杂,一般而言,一个LCD需要以下几种驱动电压:
VCC-TFT模组数字模块电源
AVDD-TFT模组模拟模块电源
VGH-门开启电压,一般为VGH=12V~25V,IVGH<=10mA
VGL-门关断电压,一般为VGL=-6V~-15V,IVGL<=10mA
下面以StarryElectronic推出的20810700150212为例具体分析各路驱动电源的供电需求。该TFT模组为7"屏模组,支持分辨率800x400(RGB),像素间距0.1896x0.1790毫米。根据数据手册,该TFT模组的工作电压如下:
Table1.TFT模组工作电压
Table2TFT模组工作电流
由Table1可以看出,该TFT模组工作需要提供5组不同的电压,在目前的手持设备中3.3V和2.6V比较容易得到(一般PMU会提供该电压),而23.1V,8.4V以及-7V就相对无法直接得到,一般需要外围器件提供该3组电压。
从Table2可以看出,其VGH和VGL的功耗相对较小,只需要10mA以内的电流即可正常工作。而AVDD的功耗需要几十毫安。综合以上特性,TFT模组正常工作需要提供如下几种电源(以1.5倍的典型功耗取值):
Table3TFT供电驱动能力要求
单颗CP212X实现TFT模组供电系统
CP212X是启攀微电子推出的高效率,大功率电感升压型DC/DC驱动器系列产品,根据应用场合不同,共有5种型号:CP2121,CP2122,CP2123,以及CP2124.Table4给出该产品线的主要特性指标。
Table4CP212X系列产品特性指标
下面给出采用单颗CP212X输出多路电压为TFT模组进行供电。
Figure1CP212X输出多路电压典型应用图
根据Figure1的电路结构,可以计算出Vout2近似为Vout1电压的两倍,Vout3近似为Vout1的反向电压。其驱动能力由CP212X的开关频率以及C1,C2,Co2和Co3的值决定,基本为10mA左右。当然,如果VOUT2或者VOUT3采用2级级联的方式,可生成反向2倍或正向3倍的电压,下文会给3倍的出具体电路图。
下面针对StarryElectronic推出的20810700150212的驱动要求,以CP2121为例给出典型应用电路。
方案一:以2倍升压模式为VGH提供电压,如图Figure2所示。
Figure2二倍电压输出为TFT模组提供23V
Note1:VOP接入OUT1则其保护电压为25V.VOP浮空,则VOUT1的最大输出电压被钳位到40V.
Note2:Z1和Co11的目的是为了实现线性降压,在实际应用中如果R5两端压差较大的情况下(即VR5>1V),Z1的静态功耗会很大,存在出现Z1发烫的可能性。
方案特点:VOUT2采用2倍升压,串扰小,电压稳定,并且外围元器件较少。但是,由于VOUT1需要抬高电压后再降压输出,其静态功耗较大,存在Z1的放热的可能性。实际实验表明,该方案比较适合R5两端的电压差小于1V的应用情况,对于20810700150212模组,其R5两端的压差接近4V,这样的情况该方案并不适合。下面给出针对20810700150212模组的改进型方案。
方案二:以3倍升压模式为VGH提供电压,如图Figure3所示。
Figure3三倍电压输出为TFT模组提供23V
方案特点:VOUT2采用3倍升压,采用两个隔直电容,存在由于期间差异而造成的输出电压偏差。方案二最大的优点就是VOUT1的输出功率较大,可达到500mA以上。
实际应用
本文给出了一种采用一颗CP212X系列产品,生成多路正负电压的典型应用电路,其最大的特点就是成本低廉,易于实现。
文中针对Starry的TFT液晶模组的供电要求,给出的两种方案,实现了三路电源输出。结合液晶屏驱动电压的特点,结合chargepump升压原理原理,成功产生了负压,n倍正向高电压,满足TFT液晶屏驱动中偏置电压VGH和VGL的应用要求,实现了单科芯片生成多路正负电压的应用。
结合两个方案的特点,方案二比较适合输出功率要求较大,并且两路正向电压倍数关系大于2倍的应用场合。而对于输出电压精准度要求较高,两路正向电压倍数小于2倍的应用场合的应用场合,方案一则比较有优势了。上文所提到的方案二在20810700150212的TFT液晶屏模组驱动电路中得到成功应用,取得良好效果。另外,由于不同厂家的TFT屏的技术指标有所差异,因此,在实际应用中,需要根据所选用的TFT液晶屏的具体电器参数,调整R1,R2,R3,及齐纳管的参数。