液晶屏供电电源原理.pdf-资料库

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大尺寸液晶屏供电原理王意境（2014-12-29）.v1 导读：本文以正点原子 ATK-7’型 7 英寸液晶屏原理图为例，全面剖析液晶屏供电部分的实现细节和原理，以供大家学习参考，并．借本文．．．向正点原子．．．．．．．．．．．．．君．的无私奉献致敬！但凡想要驱动大屏幕液晶者（不是模块），设计一套准确、稳定的供电电路是摆在每一位工程师面前的首要任务。和自带 LCM 控制器的小屏幕液晶不同，大屏幕液晶往往需要开发者提供使其工作所需的各种电源，我们再也不能像操作小屏时那样，接上一个 3.3V 或 5V 的电压了事。而且大屏幕液晶所需的电源多则 6~7 种，少则也有 4~5 种，这对初次尝试调试大屏液晶的开发者来说，几乎令人崩溃。（图 1）纵然液晶模块使用起来非常便利，但是，那只是“玩物”，真正想要做产品还得调试裸屏。当然，如果你非常有钱，非常任性除外：） RGB 接口的大屏液晶常见电源有以下几种： DVDD：液晶的主工作电源，这个电源的电压一般是 3.3V。 AVDD：液晶的模拟供电，主要是产生灰度，这个电源的电压一般为 10V 左右。 VGH：液晶的 Gate 门极开，电压阀值，这个电源的电压一般在 20V 左右。 VGL：液晶的 Gate 门极关，电压阀值，这个电源的电压一般在-7V 左右。 BL：液晶的背光，LED 灯组的电压与 LED 数有关，灯管的就更高了，需要另接高压板。 VGH,VGL 涉及到 Gate 门的概念，这里大家可以理解为像素的开关电压，VGH 和 VGL 电压往往相差很大，这样可以准确的控制像素的通断。具体详情可以百度：TFT 液晶原理。也许有的读者还注意到 VGL 的电压：-7V，这是一个负压。我们往往对正电压比较容易理解，负电压又是个什么概念呢？请见图 2 在这个电路中有ABC三个参考点，点B是GND，以B为参考点，电路中若有电流A流到 B，则VAB为正电压；如果有电流从B流到C，则称VBC为负电压。因此，负电压的关键就是判断是否有电流从GND流出。在实际电路中确实会出现这种电流从GND流出的情况，这时候的电压就是负电压，在后面的电路分析中会讲解负电压是如何产生的。（图 2）到此，我们大致了解了大屏液晶的电压种类，下面表 1 中就是正点原子

ATK-7 屏所需的电源种类和参数值电源名称电源说明电路图中的标记电压值 V VCC3.3 VCC10.4 VCC16 VCC-7 VCC_BL VDDA ADDA VGH VGL BL+ （表 1）图 3 中是 ATK-7 屏的供电电路部分总图，共分为 3 个部分，下面就依次讲解各个部分的实现原理。 3.3 主供电 10.4 模拟供电 16 G 门导通阀值 -7 G 门关断阀值 9.3 背光（图 3）一、主供电 VDDA （图 4）如图 4 所示，主供电采用 AMS1117-3.3 电源芯片将 5V 输入变为 3.3V 的输出给 VDDA 供电。 C27，C28，C29，C30 四个电容是 AMS1117 工作所需的外部电容。这个电路非常简单，在此就不再过多讲解了，有疑问的读者可以参见 AMS1117 规格说明书。二、背光电路

背光电路是一个典型的 BOOST 开关升压电路，TPS61040 是升压 IC，用来控制开关通断（红框的部分）以产生高压。在具体分析前，有必要讲解一下 BOOST 开关升压电路的原理。（图 5）图 6 是最简单的 BOOST 升压电路，左边是输入，右边是输出，它只有 4 个器件构成：电感 L1、三极管开关 Q1、二极管 D1、电容 C1。当开关 Q1 导通时，电路图等效为图 7 所示：（图 6）由于二极管 D1 的存在，右半部分电路无法形成回路（电容 C1 无法放电），只有左半部分（红色方框）电路闭合。电流流过电感 L1，一部分电能转化为磁能储存在 L1 中。这个过程非常短暂，随即开关 Q1 断开，电路图等效为图 8 所示：（图 7）（图 8）由于电路断开，电流的变化引起电感 L1 放电，将磁能转化为电能，透过二极管 D1，向电容 C1 充电，此时的电压要大于输入端电压，由此输出端就获得了高压。开关 Q1 高速通断，输出端就产生了连续稳定的高压。L1 作为电磁转化的器件为输出端提供电力，D1 的单向导通性使 C1 无法对输入端放电，C1 不但存储电能还有滤波的特性，使输出电压稳定，Q1 的通断比决定了输出电压的高低。以上就是 BOOST 电路的原理。翻回头再看背光电路，就非

常简单了，如图 9 所示：（图 9） VCC5 是 5 伏的电源输入，L1 是电感，D1 是二极管，C31 是电容，红色方框部分就是开关，只是它是由 TPS61040 器件电路构成的。VIN 脚是供电输入；EN 脚是器件使能，高电平有效（这里始终有效）；GND 是电源地；C32 是去耦电容，用来滤波；SW 脚控制着开关动作； FB 是反馈脚，用来检测输出端的电压，以便调整 SW 脚的占空比，控制输出电压的高低。 R13 和 R14 串联，采用分压的方式将输出电压分压后反馈给 FB 脚。我们可以通过调节 R13 和 R14 的阻值来调节输出电压值。这里输出电压值为 10V，经 R12 分压后得到背光电压 VCC_BL（9.3V）。三、ADDA、VGH、VGL 电路这个电路看起来是最复杂的，但实际上下半部分（红色方框）就是刚才讲解的 BOOST 升压电路，这里通过改变 R26 和 R28 的阻值产生了 ADDA（10.4V），就不再重述了。蓝框和绿框部分是采用电容倍压的方式分别得到 16V 的 VGH 和-7V 的 VGL 电压。在具体分析前，先讲解一下电容倍压的原理。所谓电容倍压，就是通过电容使电压倍增的方法，如图 11 所示：（图 10）

2 A B L1 1 A B L2 3 A B （图 11）在讲电压倍增前，先举个水杯的例子。有一杯水，当它放在地面上时（1 号杯），B 点的势能为 0，A 点的势能是 A-B 的差；同样这杯水，当它放在桌面上时（2 号杯），B 点的势能是 L1，A 的势能是 L1+(A-B)，也就是说，杯子的位置发生变化，A,B 两点的势能也同时发生变化。3 号杯的情况也是如此，当它放在地面以下，A 和 B 的势能都为负值了。理解了上述 3 个杯子的实例，我们再来看电容，如图 12，A,B 是电容的两个极板，当 A 端接 VCC， B 端接 GND 的时候，C1 两端电压为 VCC，开关 S1，S2 断开，C1 的电压保持不变。如果此时在 B 端接 VCC，那么 A 端相对于地的电压就为 VCC*2，（而 C1 两端的电压还是 VCC）这就是电压倍增原理。同理，如果 A 端接 GND，那么 B 端相对于地的电压就为-VCC，负压就是这么产生的。可能有人要问，B 端原来是 GND，后来变为 VCC，正负电荷不会中和吗？事实上是不会的，因为没有产生回路。（图 12）最后，我们来看原理图中的电路。如图 13 所示：当 SW 开关闭合时，A 点为 GND，由于 B 点的电势高于 A，电流会通过 D3 下面的二极管对 C35 充电，压差为 10.4V；当 SW 断开，A 点的电压约为 10.4V，使 C35 右侧极板的电势倍增，约 20.8V，并通过 D3 上面的二极管对 C37 充电。D5 是 4.7V 稳压管，它将 C,D 两点的电势差控制在 4.7V，C 点的电压为 20.8V，因此 D 点的电压约为 16V，即 VGH 的电压。

如图 14 所示：当 SW 断开时，A 点的电压约为 10.7V（肖特基二极管导通约有 0.3V 的压降），A 通过 D4 下面的二极管对 C36 进行充电，此时 AB 点的压差为 10.7V；当 SW 闭合，A 点为 GND， C36 左侧极板为负压，B 点的电势为-10.7V。C 点高于 B 点，即通过 D4 上面的二极管对 C34 进行充电（负压）。C 点的电势为-10.7V，D2 为 3.9V 稳压管，使 D，C 两点间的电压差为 3.9V，则 D 点的电压为约为-7V。

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