基于单颗CP212X实现TFT液晶屏模组供电系统

    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（Thin Film Transistor） 液晶屏（LCD, Liquid Crystal Display）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Starry Electronic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：

Table 1. TFT模组工作电压

Table 2 TFT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）：

Table 3 TFT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。

Table 4 CP212X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。

Figure 1 CP212X 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Starry Electronic 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。

Figure 2 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。

Figure 3 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charge pump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。<