基于MAX8570的OLED電源偏置電路設(shè)計(jì)

引言

oled（有極發(fā)光二極管），也稱為oel（有機(jī)電致發(fā)光器件）。這種器件具有自發(fā)光、清晰亮麗、輕薄、響應(yīng)速度快、視角寬、低功耗、成本低廉、制造工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，問(wèn)世以來(lái)一直被視為是繼lcd之后最看好的顯示器。目前，在蜂窩式移動(dòng)電話、個(gè)人助理（pda）、數(shù)碼相機(jī)等領(lǐng)域中，oled得到了廣泛的應(yīng)用，但是oled對(duì)電源偏置電路的要求非常嚴(yán)格，一般需要效率高、體積小、重量輕的升壓變壓器，這種升壓變壓器還應(yīng)具有良好的電磁兼容性。

max8570是maxim公司推出的oled升壓變壓器專用芯片。它不僅設(shè)計(jì)先進(jìn)、功能完善、而且外圍電路簡(jiǎn)單、使用非常靈活、是目前設(shè)計(jì)oled電源偏置電路的一種理想器件。

max8570變換器的特點(diǎn)及工作原理

◇ max8570變換器的特點(diǎn)

max8570變換器主要特點(diǎn)如下：

（1）該芯片將功率mosfet、節(jié)能電路、控制邏輯電路以及保護(hù)電路集成在一起，從而簡(jiǎn)化了外圍電路的設(shè)計(jì)，降低成本、增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性；

（2）工作頻率高達(dá)800khz，允許使用微型表貼元件；

（3）超低功耗：靜態(tài)電流為25ma，在true shutdowntm模式下，消耗電流低至0.05μa（典型值）；

（4）開(kāi)路保護(hù)，能防止輸出電容和負(fù)載損壞；

（5）允許采用鋰電池供電，輸出電壓最高可達(dá)20v，可滿足oled電源偏置電路的高電壓要求。

◇ 工作原理

（1）控制方式

圖1所示是max8570的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。當(dāng)max8570上電時(shí)，其芯片內(nèi)部的p溝道m(xù)osfet導(dǎo)通，電源電壓vcc經(jīng)電感l(wèi)1分成兩路：一路送至內(nèi)部n溝道m(xù)osfet的漏極，另一路經(jīng)vd1向c4充電。當(dāng)n溝道m(xù)osfet導(dǎo)通時(shí)，流經(jīng)l1中的電流從零逐漸增大，同時(shí)將電能儲(chǔ)存在l1中，一旦電流達(dá)到極限值，n溝道m(xù)osfet將關(guān)斷，l1中的電流經(jīng)vd1對(duì)負(fù)載供電。該方式中的開(kāi)關(guān)頻率將隨負(fù)載和電源電壓的大小而變化，最高可達(dá)800khz。

（2）關(guān)斷（shdn）

將shdn引腳拉至低電平，器件將進(jìn)入true shutdowntm模式（關(guān)斷狀態(tài)），在true shutdowntm模式下，電路的消耗電流低至0.05μa，輸出端與輸入端斷開(kāi)，lx引腳處于高阻狀態(tài)，在傳統(tǒng)升壓變換器電路中，變換器在關(guān)斷時(shí)，輸出端與輸入端將始終通過(guò)電感和續(xù)流二極管連接，以使負(fù)載從輸入端吸取一定功率。max8570變換器具備真關(guān)斷功能，在true shutdowntm模式下，它會(huì)利用一只p溝道m(xù)osfet開(kāi)關(guān)來(lái)斷開(kāi)輸入端與輸出端，從而消除關(guān)斷時(shí)從輸入端吸取的功率。

（3）單獨(dú)給電感供電

該ic與電感可單獨(dú)供電，電感電源電壓范圍為0.8-28v，圖2所示是單獨(dú)給電感供電的應(yīng)用電路，這種電路結(jié)構(gòu)應(yīng)將sw引腳懸空，使電源直接接電感，此后輸出端與輸入端在關(guān)斷時(shí)不再斷開(kāi)，但關(guān)斷時(shí)，輸出電壓將比電感電源電壓低一個(gè)二極管的壓降。

（4）軟啟動(dòng)

在使用true shutdowntm功能時(shí)，電路會(huì)緩慢開(kāi)啟內(nèi)部p溝道開(kāi)關(guān)的柵極，待完全打開(kāi)sw后，內(nèi)部n溝道開(kāi)關(guān)才開(kāi)始導(dǎo)通，這樣可以避免產(chǎn)生浪涌電流，當(dāng)vfb低于0.5v時(shí)，內(nèi)部n溝道開(kāi)關(guān)的關(guān)斷時(shí)間將從1μs延長(zhǎng)至5μs，以對(duì)浪涌電流進(jìn)行控制。

（5）開(kāi)路保護(hù)

當(dāng)上端反饋電阻或外部二極管發(fā)生開(kāi)路故障時(shí)，max8570變換器將立即停止開(kāi)關(guān)動(dòng)作，以避免輸出電壓過(guò)高而損壞輸出濾波電容和負(fù)載。

oled電源偏置電路的設(shè)計(jì)

◇ 極限電流值的設(shè)置

設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)下面公式來(lái)估算所需要的極限電流值：

式中，pout（max）為負(fù)載最大功率；vbatt（min）為最小電源電壓；pout（max）為變換器最高輸出電壓。

◇ 輸出電壓設(shè)置

max8570的輸出端與gnd之間連接了一個(gè)電阻分壓器，其中間點(diǎn)接fb的分壓比決定了輸出電壓（電壓調(diào)節(jié)范圍為vcc-28v），若r2的取值范圍為10-600kω，那么可根據(jù)下式計(jì)算r1：

式中，vfb為1.266v；vout的取值在vcc到28v之間，設(shè)計(jì)時(shí)，為提高輸出電壓的精度，應(yīng)保證流過(guò)反饋電阻的最小偏置電流為2μa。

◇ 電感的選擇

電感是升壓變換器的關(guān)鍵元件，其取值大小直接影響著整個(gè)電路的正常工作。如果需要追求高效能，最好選擇電感量較小的電感，但max8570工作在較低的頻率下時(shí)，電感會(huì)產(chǎn)生磁飽和現(xiàn)象，從而引起紋波電流增大或損壞電感，故在選擇電感時(shí)，需要根據(jù)輸出電流、max8570的工作頻率電感的直流電阻、電感的額定電流和紋波電壓等條件來(lái)綜合決定，這里推薦電感值的范圍為10-100μh。

◇ 二極管的選擇

二極管的開(kāi)關(guān)損耗占系統(tǒng)損耗的六分之一到五分之一，是影響升壓變換器效率的主要因素，包括正向?qū)〒p耗和反向恢復(fù)損耗，推薦使用具有快速恢復(fù)時(shí)間及正向壓降較小的肖特基二極管，其額定電流值應(yīng)大于峰值開(kāi)關(guān)電流值，反向擊穿電壓應(yīng)大于輸出電壓。常用的肖特基二極管有mbr0520、mbr0530、zhcs400等。

◇ 電容的選擇

輸出電容既能維持輸出電壓，也能平滑因mosfet開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的紋波電壓（在n溝道m(xù)osfet導(dǎo)通時(shí)，由輸出電容向負(fù)載供電）。因此，在保證足夠帶寬的前提下，應(yīng)選擇esr（串聯(lián)等效電阻）其esl（串聯(lián)等效電感）較小、耐壓值較高的輸出電容，例如x5r或x7r介質(zhì)材料的陶瓷電容，在大多數(shù)應(yīng)用電路設(shè)計(jì)中其容量可取1μf。

輸入電容主要用于濾除電源中的紋波電壓，建議采用x5r或x7r介質(zhì)材料的陶瓷電容，其電容容量取值可在1-6.8μf之間選擇。

在mx85701輸出與fb之間增加一只反饋電容，可改善輸出電壓的穩(wěn)定性，推薦使用一只47pf的陶瓷電容。

◇ 印刷線路板布局注意事項(xiàng)

max8570變換器的印刷線路板在布局時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：

（1）輸入電容與輸出電容應(yīng)盡可能靠近芯片的相應(yīng)管腳放置，以減小分布電容和分布電感的影響，提高抑制紋波電壓的能力。

（2）反饋端的分壓電阻r1、r2應(yīng)靠近芯片放置，以保證分壓點(diǎn)到fb引腳的走線最短。反饋信號(hào)要遠(yuǎn)離sw到lx支路之間的走線，以防止產(chǎn)生耦合噪聲。

（3）電感應(yīng)盡量接近sw和lx引腳，并確保主回路的走線短而粗，以減小對(duì)外輻射。

主動(dòng)矩陣oled電源偏置電路設(shè)計(jì)實(shí)例

oled分為主動(dòng)矩陣（amoled）和被動(dòng)矩陣oled（pmoled）主動(dòng)矩陣oled電源偏置電路除了向oled提供正電壓之外，還需要利用反相器提供負(fù)電壓，采用max8570設(shè)計(jì)的oled電源偏置電路如圖3所示，該電路通過(guò)一個(gè)二極管和電容電荷泵可產(chǎn)生負(fù)輸出電壓，其電壓副值比正輸出電壓的副值小一個(gè)正向二極管的壓降，如果正輸出端的負(fù)載很小或空載，則負(fù)輸出電壓會(huì)偏離其額定值，為了避免出現(xiàn)這樣情況，設(shè)計(jì)時(shí)可選擇阻值較低的反饋電阻（r1和r2）以確保輸出數(shù)百微安的電流。

結(jié)束語(yǔ)

max8570芯片的集成度很高，且不需要外置mosfet，這些特點(diǎn)大大簡(jiǎn)化了外圍電路的設(shè)計(jì)，也為實(shí)現(xiàn)超薄oled顯示器的優(yōu)化設(shè)計(jì)創(chuàng)造了有利條件，本文根據(jù)max8570芯片的特性和原理設(shè)計(jì)了一款oled電源偏置電路，并給出了oled電源偏置電路的設(shè)計(jì)方法，同時(shí)還對(duì)其pcb板的布局、布線進(jìn)行了分析說(shuō)明，及oled電源偏置電路在數(shù)碼相機(jī)中得到了較好的應(yīng)用，而且變換效率高、性能穩(wěn)定，工作可靠。