手持�(shè)備中的無(wú)源OLED顯示器供電方�
有機(jī)�(fā)光二極管顯示�(OLED)是一種即將給顯示器產(chǎn)�(yè)帶來(lái)革命性變化的新興技�(shù)。OLED采用的有�(jī)材料在有電流流過(guò)�(shí)�(huì)�(fā)光，OLED與目前的LCD技�(shù)相比具有許多�(yōu)�(diǎn)。其中一�(gè)�(yōu)�(diǎn)是容易制造，最終可形成更低成本的顯示器。性能的優(yōu)�(shì)包括更快的響�(yīng)�(shí)間、更寬的視角、更低的功耗和更亮/更高�(duì)比度的圖像。最核心的優(yōu)�(diǎn)是OLED采用一種自�(fā)光技�(shù)，因此不需要背光。這不僅能節(jié)省功耗，而且可以�(shí)�(xiàn)只有1mm厚度的顯示器�
與LCD顯示器相似，OLED顯示器提供無(wú)源矩陣和有源矩陣兩種配置。在采用�(wú)源矩陣時(shí)，顯示器被連接成為二極管柵格，每�(gè)二極管構(gòu)成一�(gè)�(dú)立的OLED像素。可以使用外部驅(qū)�(dòng)電路一次點(diǎn)亮一行柵格。相反，有源矩陣顯示器內(nèi)含晶體管，像素可以被連續(xù)�(diǎn)亮。然而OLED與LCD不同的是，OLED采用電流�(qū)�(dòng)矩陣模式，這會(huì)增加有源矩陣�(shè)�(jì)的復(fù)雜性，因此目前大批量的OLED仍采用無(wú)源矩陣產(chǎn)�(PMOLED)。這些PMOLED可用于各種設(shè)備，包括蜂窩電話、汽車立體聲音響、MP3播放器和其它消費(fèi)類產(chǎn)品�
OLED顯示器的供電
�?yàn)槟壳霸S多OLED顯示器被用于便攜�(yīng)用，因此功耗特別重要。任何電源芯片都必須工作在最高效率，以盡可能節(jié)省功率，延長(zhǎng)電池壽命，特別是在顯示器不工作的�(shí)候�
OLED顯示器的電源要求與許多因素有�(guān)。由于顯示器是電流驅(qū)�(dòng)的，因此峰值電流要求取決于同一�(shí)間被�(diǎn)亮的像素總數(shù)量以及驅(qū)�(dòng)它們的最大電流值。顯示驅(qū)�(dòng)電路也會(huì)消耗部分電流。電壓要求取決于二極管的前向壓降、顯示器�(nèi)部互�(往往呈現(xiàn)阻�)的壓降以及顯示器�(qū)�(dòng)器所需的所有壓�(�(jiàn)�1)�
在本例中，所需的最大電壓由以下公式給出�
其中：V二極管是二極管的前向壓降；I二極管是流經(jīng)二極管的電流；Rcol是列連接的電阻；Rrow是行金屬的電阻；VCD是列�(qū)�(dòng)器所需的開(kāi)銷；VRD是行�(qū)�(dòng)器所需的開(kāi)銷；在典型應(yīng)用中，VIN大約�20V�
峰值電流等于：
其中：I二極管是流經(jīng)二極管的電流；X像素是一次點(diǎn)亮的像素?cái)?shù)量；ICD是供給列�(qū)�(dòng)器的電流；IRD是供給行�(qū)�(dòng)器的電流�
便攜顯示器的節(jié)�
�(duì)于帶LCD顯示器的便攜式設(shè)備來(lái)�(shuō)，如果一段時(shí)間不工作，常�(jiàn)的做法是�(guān)掉背光燈，幾秒鐘后再把顯示器完全斷電。而OLED顯示器沒(méi)有背光燈，因此一段時(shí)間不工作后通常屏幕就會(huì)暗下�(lái)，再�(guò)一段時(shí)間斷電。從公式1可以看出，如果減少顯示器的電流，所需的最大電壓也�(huì)降低。在供電電壓恒定的典型應(yīng)用中，這一額外電壓將降在列�(qū)�(dòng)器上，從而造成額外的功耗和能源浪費(fèi)。通過(guò)減少供電電壓，這一能量就不�(huì)再消耗在列驅(qū)�(dòng)器上，系�(tǒng)效率也就得到了提高�
OLED電源芯片
目前市場(chǎng)上已�(jīng)有專門給便攜式�(shè)備中的PMOLED顯示器供電的新型器件。適合這類�(yīng)用的理想電源器件�(yīng)該具有一�(gè)非常高效的升壓轉(zhuǎn)換器，能夠在便攜�(yīng)用中的電池電壓下工作，或者在器件中的�(yù)整流供電下工作。輸出負(fù)載斷�(kāi)和低待機(jī)電流等功能對(duì)降低顯示器不被照明時(shí)電池的漏電有很重要的作用。理想的器件還要求外部元件少和封裝尺寸小，以盡可能減小目前緊湊型手持�(shè)備的外形尺寸�
升壓�(zhuǎn)換器
使用的升壓轉(zhuǎn)換器�(yīng)該能�2.4V�5.5V電壓范圍�(nèi)工作。這一范圍覆蓋了鋰離子電池的全部輸入范圍，還應(yīng)能在�(yù)整流�3V�5V軌下工作。這類�(yīng)用要求的輸出電壓范圍�12~25V。最�(yōu)化的電源芯片�(shè)�(jì)還將集成升壓FET和肖特基二極管，從而減少對(duì)外部元件的需求�1.2A FET一般支持高�(dá)28V的輸出電壓，效率可達(dá)90%�
為了使升壓電路工作在最佳狀�(tài)下，選擇正確的元件非常重要。需要考慮的主要元件是電感和輸出電容，�?yàn)樗鼈儗⒂绊懙缴龎嚎刂骗h(huán)路的�(wěn)定性。一些升壓轉(zhuǎn)換器采用的外部補(bǔ)償電路同樣需要合理選擇補(bǔ)償元件。另外一種方法是采用�(nèi)部補(bǔ)償網(wǎng)�(luò)。這種�(shè)�(jì)要求電感和電容值在一定范圍內(nèi)，設(shè)�(jì)手冊(cè)中通常�(huì)提供表格幫助選擇器件。電感值將影響到電感尺寸。為了實(shí)�(xiàn)較小的器件尺寸，推薦使用能與3.3uH的小電感工作的器件。然而，低的電感值可能導(dǎo)致器件工作在不連續(xù)的模式，從而增加輸出紋泀因此最好選擇能保持連續(xù)工作模式的電感值。選擇的電感還必須能夠承受應(yīng)用要求的峰值和平均電流。這些值由以下公式得到�
其中：ΔIL是電感電流的紋波峰峰值，單位是A；L是電感值，單位是H；FOSC是開(kāi)�(guān)頻率�
輸出電容的選擇原則是確保升壓�(huán)路的�(wěn)定工作。輸出電容容量越高，輸出電壓的紋波就越小。具體選擇時(shí)需要在紋波和元件數(shù)�/成本之間做出折衷。輸入端電容用于將輸入電流和�(jīng)�(guò)電阻的開(kāi)�(guān)電流隔離。在本應(yīng)用中，推薦使�10~15uF范圍的電容�
雙輸出電壓選�
如上所述，�(dāng)OLED工作在暗的模式時(shí)可以通過(guò)降低輸出電壓顯著地節(jié)省功耗。因此為OLED電源選擇的最佳電源芯片應(yīng)包含能夠提供這一功能的電路。采用兩條獨(dú)立的反饋路徑就可�(shí)�(xiàn)這一功能，而且這兩條反饋路徑可以通過(guò)�(jiǎn)單的邏輯輸入�(jìn)行選擇。因此通過(guò)這種方法就可�(jiǎn)單地�(shí)�(xiàn)PMOLED中使用的亮→暗→�(guān)節(jié)電技�(shù)�
輸出電壓由連接在輸出引腳和反饋參考引腳間的分壓器�(jìn)行設(shè)置。反饋電壓與�(nèi)部設(shè)置的參考電壓比較后用于控制輸出電壓。輸出電壓的精度取決于反饋參考電壓的精度和反饋網(wǎng)�(luò)中使用的電阻值�
典型的反饋電壓是1.15V±2%。當(dāng)選擇引腳(SEL)�(shè)置為低時(shí)，F(xiàn)B0反饋引腳就與參考電壓�(jìn)行比較，F(xiàn)B1引腳接地，用以提供反饋參考地。當(dāng)SEL為高�(shí)，F(xiàn)B1用作參考電壓，F(xiàn)B0接地。輸出電壓可用公�5和公�6�(jì)算：
�(dāng)SEL=0�(shí)�
�(dāng)SEL=1�(shí)�
故障檢測(cè)
為保�(hù)IC和外部元件，集成眾多保護(hù)電路也非常重要。這些功能�(yīng)包括�
1.欠壓閉鎖，確保器件只在輸入電壓大于最小要求電壓時(shí)才工作；
2.�(guò)流保�(hù)，監(jiān)視開(kāi)�(guān)電流，將電流限制在器件允許的最大電流值以下；
3.�(guò)壓閉鎖，�(dāng)輸出電壓超過(guò)器件允許的最大值時(shí)，器件停止工作；
4.�(guò)溫保�(hù)，當(dāng)裸片溫度超過(guò)�(yù)�(shè)最大值時(shí)�(guān)閉器件�
�(shí)鐘同�
在便攜式�(shè)備中，時(shí)鐘噪聲和�?dāng)_將成為主要考慮的因素。將�(kāi)�(guān)�(shè)備與外部�(shí)鐘同步從而將所有時(shí)鐘鎖定于單一頻率，有助于�(chǎn)品設(shè)�(jì)師減少這些�(wèn)題。對(duì)于時(shí)鐘沒(méi)有問(wèn)題的�(shè)備來(lái)�(shuō)，電源也�(yīng)能自己同步。在1MHz范圍�(nèi)的高頻率�(shí)鐘可提供最佳的效率，也有助于減小器件尺寸。一�(gè)高效的IC�(yīng)能夠自同步于1MHz �(shí)鐘，也能通過(guò)將該�(shí)鐘連接到同步輸入引腳，方便地與600kHz�1.4MHz之間的外部時(shí)鐘同步�
軟啟�(dòng)控制和輸入電壓斷�(kāi)
�(dāng)電源芯片剛開(kāi)始工作時(shí)，電流需要對(duì)系統(tǒng)中的電容充電，從而產(chǎn)生明顯的輸入電流需求。如果這�(gè)電流太高，電池電壓就�(huì)降低，從而導(dǎo)致系�(tǒng)中的器件�(jìn)入復(fù)位狀�(tài)，或�(chǎn)生錯(cuò)誤的操作。為了克服這一缺點(diǎn)，在啟動(dòng)�(shí)�(yīng)采用軟啟�(dòng)�(jī)制來(lái)限制電流。此�(shí)IC的電流是緩慢增長(zhǎng)的，直到�(dá)到滿電流�(fù)荷。這種�(jī)制在如今許多升壓�(zhuǎn)換器中很常見(jiàn)�
為了�(jìn)一步改�(jìn)電池壽命，升壓電路的輸入端集成的�?jǐn)嚅_(kāi)�(guān)非常有用。當(dāng)器件不工作時(shí)，這�(gè)�(kāi)�(guān)將打�(kāi)從而斷�(kāi)與OLED顯示器、驅(qū)�(dòng)器和反饋�(wǎng)�(luò)的連接，因而不�(huì)有漏電流。在這種斷電模式下，�(nèi)部IC的功耗會(huì)降至最小�
�(dāng)器件工作�(shí)，負(fù)載連接到輸入端，從輸入到輸出建立了一條直流通路，在輸入電容充電�(shí)將形成很大的電流尖峰。分?jǐn)嚅_(kāi)�(guān)也應(yīng)提供軟啟�(dòng)模式，在輸出電容充電�(shí)限制電流，從而�(jìn)一步加�(qiáng)在其它直�/直流�(zhuǎn)換器中常�(jiàn)的軟啟動(dòng)�(jī)制�
滿足功能要求的OLED器件
OLED顯示器只是提出特殊的電源芯片和新增功能要求的眾多新技�(shù)之一。正在開(kāi)�(fā)的許多新型IC可滿足這些挑戰(zhàn)。Intelsil公司的ISL97702 只是這些類型�(chǎn)品中的一�(gè)例子，它具有軟啟�(dòng)控制、輸入電壓斷�(kāi)和其它適合該�(yīng)用的功能。ISL97702中使用的�(fù)雜控制機(jī)制代表了目前先�(jìn)電源芯片的優(yōu)秀例子，它完全可以滿足緊湊型手持設(shè)備對(duì)OLED供電的要求。這種器件的典型電路如�2所示�
�3是ISL97702的軟啟動(dòng)操作�(guò)程�
在A部分，通過(guò)限制流過(guò)�?jǐn)嚅_(kāi)�(guān)的電流來(lái)減少�(fù)載電容充電時(shí)的浪涌電流；在B部分，升壓轉(zhuǎn)換器的開(kāi)始電流限制在25%；在C部分，電流限制設(shè)�50%；在D部分電流限制�75%；在E部分，電流限制為100%�
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