《電子技術(shù)應(yīng)用》
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OLED的電源更高能效的設(shè)計解決方案
摘要: 正是所謂的有機發(fā)光二極體,其最大特色在于它是自發(fā)光體,因此不需要背光源( Backlight )及彩色濾光片( Color Filter )等構(gòu)造,因此能夠比 LCD 的厚度更薄。此外,更寬廣的視角、反應(yīng)速度快、低驅(qū)動電壓、色彩與對比也相對比 LCD 高、理論上可達(dá)到更低耗電以 及制程更簡單等優(yōu)勢,讓 OLED 成為繼 LCD 后最被看好的顯示技術(shù)明星。但 OLED 也壽命比 LCD 短的缺點,這是因為 OLED 是電流驅(qū)動的自發(fā)光體,因此其材料與原件的壽命相對的縮短。
Abstract:
Key words :

    正是所謂的有機發(fā)光二極體,其最大特色在于它是自發(fā)光體,因此不需要背光源( Backlight )及彩色濾光片( Color Filter )等構(gòu)造,因此能夠比 LCD 的厚度更薄。此外,更寬廣的視角、反應(yīng)速度快、低驅(qū)動電壓、色彩與對比也相對比 LCD 高、理論上可達(dá)到更低耗電以 及制程更簡單等優(yōu)勢,讓 OLED 成為繼 LCD 后最被看好的顯示技術(shù)明星。但 OLED 也壽命比 LCD 短的缺點,這是因為 OLED 是電流驅(qū)動的自發(fā)光體,因此其材料與原件的壽命相對的縮短。

    OLED 的電源規(guī)格需求

    一般小尺寸的 OLED 的電源,需一組正電壓( Vdd )輸出,與一組負(fù)電壓( Vss )輸入,而電源的架構(gòu),可分為數(shù)位相機與手機的架構(gòu)兩種。數(shù)位相機的電源規(guī)格其 Vdd 電壓范圍 為 3V 至 6V ,而 Vss 電壓范圍為 -7V 至 -10V 。手機的電源規(guī)格其 Vdd 電壓范圍大約為 2.5V ,而 Vss 電壓范圍為 -7V 至 -10V 。而這兩種產(chǎn)品 的輸入電源通常為一顆鋰電池,所以電壓范圍大約為 3V 至 4.2V 。

    數(shù)位相機 Vdd 的解決辦法

    由于數(shù)位相機的 Vdd 電壓范圍為 3V 至 6V ,所以 Vdd 電源架構(gòu)應(yīng)該是 Buck/Boost 或是 Boost 的架構(gòu)。如果一時找不到 Buck/Boost 架構(gòu)的電源輸出,也可利用非常普遍的 Buck 架構(gòu)來設(shè)計成 Buck/Boost 架構(gòu)。只要利用一組普通的降壓電源控制 IC ,外加一 MOSFET 及一輸出二極體便能設(shè)計成 Buck/Boost 輸出,如圖 1 所示。這個穩(wěn)壓器的工作原理是當(dāng) Lx 為高電壓時,電感電流隨 Vin/L 的斜率而增 加。而 Lx 為低電壓時,電感電流便隨( Vout+VD ) /L 的斜率而減少。輸入和輸出的電流為斷續(xù)的方式,它允許輸出電壓比輸入電壓更大或者更小。其輸出 電壓是輸入電壓和周期功率的函數(shù):

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    以及周期功率算式為:

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圖 1 利用降壓電源 IC 設(shè)計成升降壓

    從 上述的式子可得知輸出電壓與輸入電壓和周期的關(guān)系,想得到較高或較低的輸出電壓只要控制 1/1-D 的比值大小即可。設(shè)計者也可以直接使用一組 Buck/Boost 電源 IC ,來產(chǎn)生所需的電壓輸出,如圖 2 便是一組直接昇降壓的 IC 。其結(jié)合一組升壓轉(zhuǎn)換器與線性穩(wěn)壓器來提供可升壓也可降壓的電壓轉(zhuǎn) 換器。這個轉(zhuǎn)換器為輸出電壓以下和超出的輸入提供一個穩(wěn)定的輸出電壓。它可從 1.8V 到 11V 輸入范圍和預(yù)置 3.3V 或者 5V 的輸出。也能夠把這個輸出電 壓使用兩個電阻分壓從 1.25V 至 5.5V ,其效率大致上可高達(dá) 85% 。如果需要的輸出電壓是在 3.5V 至 4V 之間,可以用組合的方式來產(chǎn)生一組升降壓的 輸出,設(shè)計者只需要一組升壓轉(zhuǎn)換器與一組線性穩(wěn)壓器便行,例如 MAX1606 升壓轉(zhuǎn)換器與 MAX8512 線性穩(wěn)壓器的組合。

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圖 2 升降壓型電源 IC

    如 果因為成本的考量,那 Charge-Pump 的架構(gòu)正適合低成本的解決方案,其架構(gòu)可省一電感與一輸出二極體,例如 MAX1759 是以 Charge-Pump 方式產(chǎn)生一組可升降壓的輸出電壓。而 Maxim 的獨特 Change-Pump 架構(gòu)容許輸入電壓可高于或低于輸出電壓。盡管它的工作 頻率高于 1.5MHz ,一樣保持低至 50uA 的靜態(tài)供應(yīng)電流。

    有些設(shè)計者因為考慮到高效率,而選擇以升壓方式產(chǎn)生一組輸入高于輸出電壓來提高效率,如圖 3 的升壓架構(gòu),由于需外加 MOSFET 作切換開關(guān),因此可 提供較大的輸出功率。如果是因為空間的限制,外加 MOSFET 開關(guān)以及輸出二極體就會成為設(shè)計者的負(fù)擔(dān),此時內(nèi)建 MOSFET 切換開關(guān)與輸出二極體的升壓 DC-DC 轉(zhuǎn)換器例如 MAX1722 ,就適合于此應(yīng)用中,不僅省空間、效能好,更能省成本。

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圖 3 升壓型電源轉(zhuǎn)換器

    手機 Vdd 的解決辦法

    因此選擇以 Buck 方式提供 Vdd 所需的電壓。如圖 4 便是一組內(nèi)建 MOSFET 切換開關(guān)的同步降壓結(jié)構(gòu)的直流轉(zhuǎn)換器,可提供 400mA 的輸出電流。而且工作頻率高達(dá) 1.2MHz ,設(shè)計者可選用小尺寸的電感,與輸出電容,效率同樣高達(dá) 90% 以上。

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圖 4 降壓型電源轉(zhuǎn)換器

    負(fù)電壓 Vss 的解決辦法

    介紹 OLED 的正電壓 Vdd 輸出之后,接著介紹 OLED 的負(fù)電 Vss 輸出。就如同前文所敘述,如果設(shè)計者臨時找不到合適的負(fù)電壓輸出電源 IC ,亦可 使用 Buck 架構(gòu)的電源 IC 。如圖 5 以漂浮接地線架構(gòu)來產(chǎn)生負(fù)電壓 Vss ,其原理為:透過正常的輸出,連接在供給電壓地線上,迫使轉(zhuǎn)換器的地線穩(wěn)壓而產(chǎn)生 一組負(fù)電壓輸出,如果需要不同的輸出電壓,只要以兩顆電阻跨接輸出電容。<

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