中心議題：
解決方案：
- 升壓轉(zhuǎn)換器的選型
- 雙輸出電壓的選擇
- 故障檢測(cè)
- 時(shí)鐘同步設(shè)計(jì)
- 軟啟動(dòng)控制和輸入電壓斷開(kāi)
因?yàn)槟壳霸S多OLED顯示器被用于便攜應(yīng)用,，因此功耗特別重要,。本文介紹OLED顯示器的節(jié)能供電方案，主要內(nèi)容包括：升壓轉(zhuǎn)換器的選型,、雙輸出電壓的選擇,、故障檢測(cè)、時(shí)鐘同步設(shè)計(jì),、軟啟動(dòng)控制和輸入電壓斷開(kāi),、滿足功能要求的OLED器件等。
有機(jī)發(fā)光二極管顯示器（OLED）是一種即將給顯示器產(chǎn)業(yè)帶來(lái)革命性變化的新興技術(shù),。OLED采用的有機(jī)材料在有電流流過(guò)時(shí)會(huì)發(fā)光,，OLED與目前的LCD技術(shù)相比具有許多優(yōu)點(diǎn)。其中一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是容易制造,，最終可形成更低成本的顯示器,。性能的優(yōu)勢(shì)包括更快的響應(yīng)時(shí)間、更寬的視角,、更低的功耗和更亮／更高對(duì)比度的圖像,。最核心的優(yōu)點(diǎn)是OLED采用一種自發(fā)光技術(shù),，因此不需要背光。這不僅能節(jié)省功耗,，而且可以實(shí)現(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,。在采用無(wú)源矩陣時(shí),，顯示器被連接成為二極管柵格，每個(gè)二極管構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的OLED像素,?？梢允褂猛獠框?qū)動(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)點(diǎn)亮。然而OLED與LCD不同的是,，OLED采用電流驅(qū)動(dòng)矩陣模式,，這會(huì)增加有源矩陣設(shè)計(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)品（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
因?yàn)槟壳霸S多OLED顯示器被用于便攜應(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時(shí)候,。
OLED顯示器的電源要求與許多因素有關(guān)。由于顯示器是電流驅(qū)動(dòng)的,，因此峰值電流要求取決于同一時(shí)間被點(diǎn)亮的像素總數(shù)量以及驅(qū)動(dòng)它們的最大電流值,。顯示驅(qū)動(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,、顯示器內(nèi)部互連（往往呈現(xiàn)阻性）的壓降以及顯示器驅(qū)動(dòng)器所需的所有壓降（見(jiàn)圖1）,。
圖1：OLED顯示器驅(qū)動(dòng)
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是列驅(qū)動(dòng)器所需的開(kāi)銷,；VRD是行驅(qū)動(dòng)器所需的開(kāi)銷；在典型應(yīng)用中,，VIN大約為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是供給列驅(qū)動(dòng)器的電流,；IRD是供給行驅(qū)動(dòng)器的電流。
便攜顯示器的節(jié)能
對(duì)于帶LCD顯示器的便攜式設(shè)備來(lái)說(shuō),，如果一段時(shí)間不工作,，常見(jiàn)的做法是關(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)暗下來(lái)，再過(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，所需的最大電壓也會(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驅(qū)動(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,，這一能量就不會(huì)再消耗在列驅(qū)動(dòng)器上，系統(tǒng)效率也就得到了提高,。
OLED電源芯片
目前市場(chǎng)上已經(jīng)有專門(mén)給便攜式設(shè)備中的PMOLED顯示器供電的新型器件,。適合這類應(yīng)用的理想電源器件應(yīng)該具有一個(gè)非常高效的升壓轉(zhuǎn)換器，能夠在便攜應(yīng)用中的電池電壓下工作,，或者在器件中的預(yù)整流供電下工作,。輸出負(fù)載斷開(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設(shè)備的外形尺寸,。
升壓轉(zhuǎn)換器
使用的升壓轉(zhuǎn)換器應(yīng)該能在2.4V到5.5V電壓范圍內(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)能在預(yù)整流的3V或5V軌下工作,。這類應(yīng)用要求的輸出電壓范圍是12~25V。最優(yōu)化的電源芯片設(shè)計(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一般支持高達(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態(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，因?yàn)樗鼈儗⒂绊懙缴龎嚎刂骗h(huán)路的穩(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內(nèi)部補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。這種設(shè)計(jì)要求電感和電容值在一定范圍內(nèi),，設(shè)計(jì)手冊(cè)中通常會(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)現(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,，從而增加輸出紋波,。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)關(guān)頻率。
輸出電容的選擇原則是確保升壓環(huán)路的穩(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)量／成本之間做出折衷,。輸入端電容用于將輸入電流和經(jīng)過(guò)電阻的開(kāi)關(guān)電流隔離,。在本應(yīng)用中，推薦使用10~15UF范圍的電容,。
雙輸出電壓選擇
如上所述,，當(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)立的反饋路徑就可實(shí)現(xiàn)這一功能,，而且這兩條反饋路徑可以通過(guò)簡(jiǎn)單的邏輯輸入進(jìn)行選擇。因此通過(guò)這種方法就可簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)PMOLED中使用的亮→暗→關(guān)節(jié)電技術(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進(jìn)行設(shè)置,。反饋電壓與內(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)絡(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）設(shè)置為低時(shí)，F(xiàn)B0反饋引腳就與參考電壓進(jìn)行比較,，F(xiàn)B1引腳接地,，用以提供反饋參考地,。當(dāng)SEL為高時(shí)，F(xiàn)B1用作參考電壓,，F(xiàn)B0接地。輸出電壓可用公式5和公式6計(jì)算：
當(dāng)SEL＝0時(shí),，
當(dāng)SEL＝1時(shí),，
故障檢測(cè)
為保護(hù)IC和外部元件，集成眾多保護(hù)電路也非常重要,。這些功能應(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. 過(guò)流保護(hù),，監(jiān)視開(kāi)關(guān)電流,，將電流限制在器件允許的最大電流值以下；
3. 過(guò)壓閉鎖,，當(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. 過(guò)溫保護(hù),，當(dāng)裸片溫度超過(guò)預(yù)設(shè)最大值時(shí)關(guān)閉器件,。
時(shí)鐘同步
在便攜式設(shè)備中，時(shí)鐘噪聲和串?dāng)_將成為主要考慮的因素,。將開(kāi)關(guān)設(shè)備與外部時(shí)鐘同步從而將所有時(shí)鐘鎖定于單一頻率,，有助于產(chǎn)品設(shè)計(jì)師減少這些問(wèn)題。對(duì)于時(shí)鐘沒(méi)有問(wèn)題的設(shè)備來(lái)說(shuō),，電源也應(yīng)能自己同步,。在1MHz范圍內(nèi)的高頻率時(shí)鐘可提供最佳的效率，也有助于減小器件尺寸,。一個(gè)高效的IC應(yīng)能夠自同步于1MHz時(shí)鐘,，也能通過(guò)將該時(shí)鐘連接到同步輸入引腳，方便地與600KHz和1.4MHz之間的外部時(shí)鐘同步,。
軟啟動(dòng)控制和輸入電壓斷開(kāi)
當(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,。如果這個(gè)電流太高,，電池電壓就會(huì)降低，從而導(dǎo)致系統(tǒng)中的器件進(jìn)入復(fù)位狀態(tài),，或產(chǎn)生錯(cuò)誤的操作,。為了克服這一缺點(diǎn)，在啟動(dòng)時(shí)應(yīng)采用軟啟動(dòng)機(jī)制來(lái)限制電流,。此時(shí)IC的電流是緩慢增長(zhǎng)的,，直到達(dá)到滿電流負(fù)荷,。這種機(jī)制在如今許多升壓轉(zhuǎn)換器中很常見(jiàn)。
為了進(jìn)一步改進(jìn)電池壽命,，升壓電路的輸入端集成的分?jǐn)嚅_(kāi)關(guān)非常有用,。當(dāng)器件不工作時(shí)，這個(gè)開(kāi)關(guān)將打開(kāi)從而斷開(kāi)與OLED顯示器,、驅(qū)動(dòng)器和反饋網(wǎng)絡(luò)的連接,，因而不會(huì)有漏電流。在這種斷電模式下,，內(nèi)部IC的功耗會(huì)降至最小,。
當(dāng)器件工作時(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,，在輸入電容充電時(shí)將形成很大的電流尖峰。分?jǐn)嚅_(kāi)關(guān)也應(yīng)提供軟啟動(dòng)模式,，在輸出電容充電時(shí)限制電流,，從而進(jìn)一步加強(qiáng)在其它直流／直流轉(zhuǎn)換器中常見(jiàn)的軟啟動(dòng)機(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術(shù)之一,。正在開(kāi)發(fā)的許多新型IC可滿足這些挑戰(zhàn),。IntELSIL公司的ISL97702只是這些類型產(chǎn)品中的一個(gè)例子，它具有軟啟動(dòng)控制,、輸入電壓斷開(kāi)和其它適合該應(yīng)用的功能,。ISL97702中使用的復(fù)雜控制機(jī)制代表了目前先進(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圖2所示,。
圖2：典型的ISL97702電路
圖3是ISL97702的軟啟動(dòng)操作過(guò)程。
圖3：ISL97702的軟啟動(dòng)
在A部分,，通過(guò)限制流過(guò)分?jǐn)嚅_(kāi)關(guān)的電流來(lái)減少負(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)在50％；在Ｄ部分電流限制為75％,；在E部分,，電流限制為100％。