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OLED的电源高效设计方案 - 全文

2012年01月16日 09:41 本站整理 作者:叶子 用户评论(0

 

  正是所谓的有机发光二极体,其最大特色在于它是自发光体,因此不需要背光源( Backlight )及彩色滤光片( Color Filter )等构造,因此能够比 LCD 的厚度更薄。此外,更宽广的视角、反应速度快、低驱动电压、色彩与对比也相对比 LCD 高、理论上可达到更低耗电以 及制程更简单等优势,让 OLED成为继 LCD 后最被看好的显示技术明星。但 OLED 也寿命比 LCD 短的缺点,这是因为 OLED 是电流驱动的自发光体,因此其材料与原件的寿命相对的缩短。

  OLED 的电源规格需求

  一般小尺寸的 OLED 的电源,需一组正电压( Vdd )输出,与一组负电压( Vss )输入,而电源的架构,可分为数位相机与手机的架构两种。数位相机的电源规格其 Vdd 电压范围 为 3V 至 6V ,而 Vss 电压范围为 -7V 至 -10V 。手机的电源规格其 Vdd 电压范围大约为 2.5V ,而 Vss 电压范围为 -7V 至 -10V 。而这两种产品 的输入电源通常为一颗锂电池,所以电压范围大约为 3V 至 4.2V 。

  数位相机 Vdd 的解决办法

  由于数位相机的 Vdd 电压范围为 3V 至 6V ,所以 Vdd 电源架构应该是 Buck/Boost 或是 Boost 的架构。如果一时找不到 Buck/Boost 架构的电源输出,也可利用非常普遍的 Buck 架构来设计成 Buck/Boost 架构。只要利用一组普通的降压电源控制 IC ,外加一 MOSFET 及一输出二极体便能设计成 Buck/Boost 输出,如图 1 所示。这个稳压器的工作原理是当 Lx 为高电压时,电感电流随 Vin/L 的斜率而增 加。而 Lx 为低电压时,电感电流便随( Vout+VD ) /L 的斜率而减少。输入和输出的电流为断续的方式,它允许输出电压比输入电压更大或者更小。其输出 电压是输入电压和周期功率的函数:

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  以及周期功率算式为:

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利用降压电源 IC 设计成升降压型

 

  图 1 利用降压电源 IC 设计成升降压型

  从 上述的式子可得知输出电压与输入电压和周期的关系,想得到较高或较低的输出电压只要控制 1/1-D 的比值大小即可。设计者也可以直接使用一组 Buck/Boost 电源 IC ,来产生所需的电压输出,如图 2 便是一组直接昇降压的 IC 。其结合一组升压转换器线性稳压器来提供可升压也可降压的电压转 换器。这个转换器为输出电压以下和超出的输入提供一个稳定的输出电压。它可从 1.8V 到 11V 输入范围和预置 3.3V 或者 5V 的输出。也能够把这个输出电 压使用两个电阻分压从 1.25V 至 5.5V ,其效率大致上可高达 85% 。如果需要的输出电压是在 3.5V 至 4V 之间,可以用组合的方式来产生一组升降压的 输出,设计者只需要一组升压转换器与一组线性稳压器便行,例如 MAX1606 升压转换器与 MAX8512 线性稳压器的组合。

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  图 2 升降压型电源 IC

  如 果因为成本的考量,那 Charge-Pump 的架构正适合低成本的解决方案,其架构可省一电感与一输出二极体,例如 MAX1759 是以 Charge-Pump 方式产生一组可升降压的输出电压。而 Maxim 的独特 Change-Pump 架构容许输入电压可高于或低于输出电压。尽管它的工作 频率高于 1.5MHz ,一样保持低至 50uA 的静态供应电流。

  有些设计者因为考虑到高效率,而选择以升压方式产生一组输入高于输出电压来提高效率,如图 3 的升压架构,由于需外加 MOSFET 作切换开关,因此可 提供较大的输出功率。如果是因为空间的限制,外加 MOSFET 开关以及输出二极体就会成为设计者的负担,此时内建 MOSFET 切换开关与输出二极体的升压 DC-DC 转换器例如 MAX1722 ,就适合于此应用中,不仅省空间、效能好,更能省成本。

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  图 3 升压型电源转换器

  手机 Vdd 的解决办法

  因此选择以 Buck 方式提供 Vdd 所需的电压。如图 4 便是一组内建 MOSFET 切换开关的同步降压结构的直流转换器,可提供 400mA 的输出电流。而且工作频率高达 1.2MHz ,设计者可选用小尺寸的电感,与输出电容,效率同样高达 90% 以上。

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  图 4 降压型电源转换器

  负电压 Vss 的解决办法

  介绍 OLED 的正电压 Vdd 输出之后,接着介绍 OLED 的负电 Vss 输出。就如同前文所叙述,如果设计者临时找不到合适的负电压输出电源 IC ,亦可 使用 Buck 架构的电源 IC 。如图 5 以漂浮接地线架构来产生负电压 Vss ,其原理为:透过正常的输出,连接在供给电压地线上,迫使转换器的地线稳压而产生 一组负电压输出,如果需要不同的输出电压,只要以两颗电阻跨接输出电容。

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( 发表人:叶子 )

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