【導(dǎo)讀】OLED最突出的優(yōu)勢在于，它采用自發(fā)光技術(shù)，因而不需要背光。這不僅可以節(jié)省功耗，而且還可以讓開發(fā)人員設(shè)計出厚度僅為1毫米的顯示器。由于OLED被廣泛用于便攜產(chǎn)品中，因此其功耗特別重要，電源IC必須能以最高的效率工作。
作為一項新興技術(shù)，有機發(fā)光二極管顯示器OLED將給顯示器行業(yè)帶來革命性的變革。OLED采用的有機材料，在通電時會發(fā)光。與現(xiàn)有的 LCD (液晶顯示器)技術(shù)相比，OLED具有一系列優(yōu)點。其中之一是易于制造，最終可形成成本更低的顯示器。OLED在性能方面的優(yōu)勢包括更快的響應(yīng)時間、更寬的視角、更低的功耗以及亮度/對比度更高的圖像。
與LCD顯示器類似，OLED顯示器也有無源矩陣和有源矩陣兩種配置。采用無源矩陣時，顯示器被連接成為二極管柵格，每個二極管單獨構(gòu)成一個OLED像素?？梢允褂猛獠框?qū)動電路一次點亮一行柵格。相反，有源矩陣顯示器內(nèi)含晶體管，像素可以連續(xù)被點亮。但與LCD 不同的是，OLED采用電流驅(qū)動，這會增加有源矩陣設(shè)計的復(fù)雜程度，因此目前絕大多數(shù)OLED采用無源矩陣產(chǎn)品。這些PMOLED(無源矩陣OLED)可用于眾多產(chǎn)品，包括移動電話、汽車立體聲音響、MP3播放器和其他消費類產(chǎn)品。
OLED顯示器的供電
目前，由于OLED顯示器被廣泛應(yīng)用于便攜式產(chǎn)品，因此其功耗特別重要。電源IC必須能以最高的效率工作，并盡可能降低功耗，以盡可能延長電池的工作時間，特別是在顯示器不工作的時候。
OLED顯示器的功率需求與一系列因素有關(guān)。由于顯示器采用電流驅(qū)動，所以要求的峰值電流取決于同一時間需要點亮的像素的數(shù)量，以及驅(qū)動他們所需的最大電流值。顯示器驅(qū)動電子也會消耗部分電流。顯示器所需的電壓取決于二極管的正向壓降、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)動器所需的壓降。
圖1：OLED顯示器驅(qū)動
本例中，所需的最大電壓可用以下公式計算：
VIN=Vdiode + Idiode x (Rcol + Rrow) + VCD + VRD. (公式1)
其中：
Vdiode為二極管的正向壓降
Idiode為流經(jīng)二極管的電流
Rcol為列連接的電阻
Rrow為行導(dǎo)體的電阻
VCD為列驅(qū)動器所需的開銷
VRD為行驅(qū)動器所需的開銷
在典型應(yīng)用中，VIN大約為20V。
峰值電流可用如下公式計算：
Idiode x Xpixels + ICD + IRD (公式2)
其中：
Idiode為流經(jīng)二極管的電流
Xpixels為一次點亮的像素的數(shù)量
ICD為供給列驅(qū)動器的電流
IRD為供給行驅(qū)動器的電流
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便攜式顯示器的節(jié)能
對于帶LCD顯示器的便攜設(shè)備，如果一段時間不工作，常見的做法是關(guān)掉背光，幾秒鐘后再把顯示器完全斷電。而OLED顯示器中沒有背光燈，因此一段時間不工作后通常屏幕就會暗下來，再過一段時間就會斷電。從公式1可以看出，如果顯示器中的電流減小，所需的最大電壓也隨之降低。在電源電壓恒定的典型應(yīng)用中，列驅(qū)動器的電壓會下降，從而產(chǎn)生了額外的功耗和能源浪費。通過降低供電電壓，能量就不再被消耗到列驅(qū)動器中，系統(tǒng)的效率也就得到了提高。
OLED電源IC
現(xiàn)在，一些專門為便攜式應(yīng)用中的PMOLED顯示器供電的新器件正陸續(xù)上市。適合這類應(yīng)用的理想器件應(yīng)該具有一個非常高效的升壓轉(zhuǎn)換器，能夠在便攜式應(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。輸出負載斷開和低待機電流等功能，對減少顯示屏不被照明時電池的漏電有很重要的作用。理想的器件還必須具有外接元件少和封裝尺寸小等特性，以盡量縮小用于當(dāng)今小型手持設(shè)備的顯示器的尺寸。Intersil公司生產(chǎn)的ISL97702中所采用的復(fù)合控制方案，就是可以滿足上述應(yīng)用要求的先進電源IC的杰出代表。此類器件的典型電路如圖2 所示。
圖2：典型ISL97702電路
圖中文字：
OSCILLATOR & CONTROL：振蕩器與控制
BOOST WITH DUAL REFERENCE：雙參考升壓
升壓轉(zhuǎn)換器
升壓電路應(yīng)可在2.4V到5.5V的電壓范圍內(nèi)工作，這一范圍覆蓋了所有鋰離子電池的輸入電壓范圍，并且還能在預(yù)整流的3V或5V軌下工作。此類應(yīng)用所需的輸出電壓范圍是12V至25V。最佳的電源IC設(shè)計還將整合升壓FET和肖特基二極管，從而減少對外部元件的需求。例如，ISL97702中就集成了1.2A FET，支持最高達28V的輸出電壓，且效率最高可達90%。
為使升壓電路達到最佳工作狀態(tài)，選擇合適的元件非常重要，主要包括電感和輸出電容，因為它們將影響到升壓控制環(huán)路的穩(wěn)定性。一些升壓轉(zhuǎn)換器采用的外部補償電路同樣需要合理選擇補償元件。舉例來說，ISL97702帶有內(nèi)部補償網(wǎng)絡(luò)。這種設(shè)計要求電感和電容值在一定范圍內(nèi)。數(shù)據(jù)手冊中所附的參數(shù)表一般可以幫助設(shè)計者選擇所需的元件。電感值也會影響電感的尺寸大小。ISL97702可與低至3.3μH的電感一起，來實現(xiàn)小器件尺寸。但是，較低的電感值可能導(dǎo)致器件工作不連續(xù)，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，同時，選擇的電感還必須能夠處理應(yīng)用要求的峰值和平均電流。這些值可根據(jù)如下公式計算：
公式1
公式2
其中：
DIL 是電感電流的紋波峰峰值，單位為 A
L是電感值，單位為H
fOSC是開關(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。輸出電容的電容越高，輸出電壓的紋波就越小。具體選擇時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)過電阻的開關(guān)電流隔離。在本例中，推薦使用容值為10μF至15μF的電容。
雙輸出電壓的選擇
如上所述，當(dāng)OLED在暗淡模式下工作時，可以通過降低輸出電壓來顯著地節(jié)省功耗。因此為OLED電源選擇的最佳電源IC應(yīng)包含能夠提供這一功能的電路。使用兩條獨立的、以一個簡單的邏輯輸入信號進行選擇的反饋電路，就可以實現(xiàn)這一功能。通過這種簡單的方式，可以支持PMOLED顯示器所采用的亮→暗→關(guān)節(jié)能技術(shù)。
輸出電壓由連接在輸出引腳和反饋參考引腳間的分壓電阻進行設(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的精度和反饋網(wǎng)絡(luò)中使用的電阻值。
以ISL97702為例，其反饋電壓被設(shè)定為1.15V ±2%。當(dāng)選擇引腳(SEL)被設(shè)定為低電平時，反饋引腳FB0就與參考電壓進行比較，同時引腳FB1接地，用以提供反饋地參考。當(dāng)引腳SEL為高電平時，引腳FB1被用作參考，引腳FB0接地。輸出電壓根據(jù)公式3計算：
公式3：當(dāng)SEL = 0時，Vout = (R1 + R2) / R2 * Vfb
當(dāng)SEL = 1時，Vout = (R1 + R3) / R3 * Vfb
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故障檢測
為保護IC和外部元件，集成眾多保護電路也非常重要。這些功能應(yīng)包括：
欠壓閉鎖功能，確保器件只在輸入電壓大于正確操作所需的最小電壓時才工作;
過流保護功能，監(jiān)測開關(guān)電流，并將其限制在器件允許的最大電流范圍內(nèi);
過壓閉鎖功能，當(dāng)輸出電壓超過器件允許的最大電壓時，設(shè)備工作停止;
過溫保護功能，當(dāng)晶片溫度超過預(yù)設(shè)最大值時關(guān)閉器件。
時鐘同步
在便攜設(shè)備中，時鐘噪聲和交叉串?dāng)_是兩個需要特別注意的問題。將開關(guān)設(shè)備與外部時鐘同步從而將所有時鐘鎖定于單一頻率，有助于產(chǎn)品設(shè)計師減輕這些問題。對于那些不需要考慮這些噪聲的應(yīng)用，電源也應(yīng)能自同步。在1MHz范圍內(nèi)的高時鐘頻率可提供最佳的效率，也有助于減小器件尺寸。例如，ISL97702的自同步頻率為1MHz，但只需將時鐘連接到同步輸入引腳上，就可以方便地將其與頻率界于600kHz 和1.4MHz之間的外部時鐘同步。
軟啟動控制
電源IC第一次開始工作時，需要向系統(tǒng)中的電容充電，由此產(chǎn)生的電流需求會顯著提高輸入電流。如果該電流太大，電池電壓就會下降，從而導(dǎo)致系統(tǒng)中的器件進入復(fù)位狀態(tài)，或運行不穩(wěn)定。為克服這一問題，可以采用軟啟動機制來限制啟動電流，使電源IC中的電流逐漸上升，直至達到滿電流負荷。這種機制通常用于當(dāng)今的許多升壓轉(zhuǎn)換器中。
輸入電壓斷開
升壓電路的輸入端上的集成式斷開開關(guān)，有利于進一步延長電池的工作時間。當(dāng)設(shè)備被禁用時，該開關(guān)會斷開OLED顯示器、驅(qū)動電路和反饋網(wǎng)絡(luò)，因而不會產(chǎn)生漏電流。在這種關(guān)機模式下，內(nèi)部IC的功耗也應(yīng)會降至最小。
當(dāng)設(shè)備被啟用并且負載與輸入連接時，就會形成從輸入到輸出的直流通路，并在輸出電容充電時產(chǎn)生大的電流尖峰。ISL97702斷開開關(guān)也具備軟啟動模式，可以限制輸出電容充電時的電流，從而進一步增強了其他直流/直流轉(zhuǎn)換器中常用的軟啟動方案的功能。
ISL97702的軟啟動操作如圖3所示。在A時間段，流經(jīng)斷開開關(guān)的電流受到限制，以降低負載電容充電時產(chǎn)生的浪涌電流。在B時間段，升壓轉(zhuǎn)換器啟動，電流限制被設(shè)定為25%。在C時間段，電流限制被設(shè)定為50%。在D時間段，電流限制被設(shè)定為75%。在E時間段，電流限制被設(shè)定為100%。
圖3：ISL97702的軟啟動
由于供應(yīng)商提供的功能越來越多，且用戶要求的電池使用時間越來越長，手持設(shè)備的電源已變得越來越重要。OLED顯示器只是提出特殊的電源IC和新增功能要求的眾多新技術(shù)之一。為滿足這些需求，很多新型IC正在開發(fā)之中，ISL97702正是此類產(chǎn)品的代表之一。
